Robô Wi-Fi controlado via Internet com Arduino e Shield Ethernet

 

Robô Wi-Fi controlado via Internet com Arduino e Shield Ethernet


 

Esse é um robô com 3 rodas feito com motores DC e controlado pelo Arduino com Shield Ethernet. As duas rodas da frente possuem tração, cada uma está ligada a um motor DC, a de trás gira e vira livremente.



Se os dois motores girarem para frente, o robô anda para frente, se o motor da direita gira para frente e o motor da esquerda gira para trás, o robô vira para a esquerda, e vice-versa para virar para a direita.


 

 

 

 

 

 

 

O robô é comandado por uma página HTML que ele mesmo gera trabalhando como webserver. Ou seja, você acessa o endereço IP configurado no programa feito para o Arduino e abre a página HTML que ele gera. Ela contém 3 botões: “esquerda”, “frente” e “direita”. Quando se aperta um botão, o formulário da página HTML envia os dados via ethernet para o arduino+shield que interpreta e manda sinais para uma placa controladora. Essa placa foi feita com transistores operando como chave e relês de dois pólos e dois terminais, que invertem a polaridade dos motores conforme a direção que se pretende que eles girem.


O arduino é programado para emitir 4 sinais digitais de saída, 2 para cada motor, sendo 1 para acionar o motor (liga/desliga através dos transistores) e outro para dizer a direção (“0” para a frente, e “1” para trás), esse último sinal aciona o relê que inverte a polaridade do motor.


Cada vez que o usuário aperta o botão, o programa aciona os motores de acordo com a direção a ser seguida por 1 segundo para virar e 2 segundos para andar para frente. Isso evita que o robô ande indefinidamente caso haja perda de conexão. Já que foi desenvolvido para operar remotamente em rede wi-fi (ele possui um access point acoplado) com câmera IP e via internet (basta configurar o roteador onde ele será instalado para fazer encaminhamento de porta). Além disso existe o atraso da câmera e da internet. Para que seja viável sua operação, o usuário terá que dar o comando e aguardar a resposta do sistema. Acompanhando via câmera IP. Dessa maneira pode-se controlar o robô de qualquer lugar no planeta.


Em caso de dúvida, é só escrever.


Veja abaixo o diagrama de blocos, as imagens e o programa para o Arduino:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diagrama de blocos

 

 

 

Robô (caixa plástica, câmera IP, rodízios de carrinho de mão, switch e access point)

 

 

 

Robô aberto mostrando a montagem (tosca eu sei! Hehehe... mas foi só para brincar)

 

 

 

Placa controladora dos motores. Transistores operando como chave e relês 2 terminais e 2 posições para inversão da polaridade do motor (andar para trás)

 

 

 

Placa reguladora de tensão, alimenta o Switch e a Câmera. O resto trabalha em 12V, que é a tensão da bateria.

 

 

 

Arduino com Ethernet Shield




Programa para o arduino. Usa biblioteca para o Ethernet Shield:


 

#include <Ethernet.h>

#include <WString.h>


// network configuration. gateway and subnet are
optional.


byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

byte ip[] = { 192, 168, 0, 177 };

byte gateway[] = { 192, 168, 0, 1 };

byte subnet[] = { 255, 255, 255, 0 };


boolean esquerda = false;

boolean direita = false;

boolean frente = false;

boolean primeiralinha = true;


Server server = Server(80);


void setup()


{

// initialize the ethernet device

Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet);


// start listening for clients

server.begin();


pinMode(2, OUTPUT);

pinMode(3, OUTPUT);

pinMode(4, OUTPUT);

pinMode(5, OUTPUT);

}


 

void loop()

{


Client client = server.available();


esquerda = false;

direita = false;

frente = false;


// Aguarda o fim da HTML request do cliente

if (client) {

boolean NEW_LINE = false;

boolean primeiralinha = true;

String linha = "";


// Aguarda a chamada HTML e extrai dela a resposta do formulario


while (client.connected()) {

char c = client.read(); // Le os caracteres da chamada HTML um a um

linha.append(c); // Monta a string 'linha' com os caracteres lidos

if (c == '\n') { // Se for fim da linha


if (linha.contains("esquerda=esquerda") && primeiralinha) esquerda = true; // Se a string (linha) tiver o termo e for a 1a linha da chamada HTML

if (linha.contains("direita=direita") && primeiralinha) direita= true; // idem

if (linha.contains("frente=frente") && primeiralinha) frente =true; // idem


linha = ""; // apaga linha para receber a proxima linha

NEW_LINE = true; // comecou nova linha

primeiralinha = false; // a proxima nao sera a primeira linha


} else if (c != '\r') {NEW_LINE = false;} //ainda nao acabou o texto


if (c == '\r' && NEW_LINE) { // acabou a chamada porque a ultima linha eh vazia 'carriage return'


break; // Interrompe o loop do while


}

}

}


 


client.println("HTTP/1.1 200 OK");

client.println("Content-Type: text/html");

client.println();


client.write("<html><head></head><body>Controle de Robo atraves de Rede Ethernet<br><br>");


if (direita) { client.write("Direita...");

digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, LOW);

digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(5, HIGH); delay(1000);

} else {digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, LOW); digitalWrite(5, LOW);}


if (esquerda) { client.write("Esquerda...");

digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, HIGH);

digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(5, LOW); delay(1000);

} else {digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, LOW); digitalWrite(5, LOW);}


if (frente) { client.write("Frente...");

digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, LOW);

digitalWrite(4, HIGH); digitalWrite(5, LOW); delay(2000);

} else {digitalWrite(2, LOW); digitalWrite(3, LOW); digitalWrite(4, LOW); digitalWrite(5, LOW);}


client.println(


"<table><tr>"

"<td><form method=get name=esquerda><input type=hidden name=esquerda
value=esquerda><input style=width:60pt type=submit
value=esquerda></form></td>"

"<td><form method=get name=frente> <input type=hidden
name=frente value=frente> <input style=width:60pt type=submit
value=frente></form></td>"

"<td><form method=get name=direita> <input type=hidden name=direita value=direita> <input style=width:60pt
type=submit value=direita></form></td>"

"</tr></table></body></html>");


client.stop();


}

 

Atenção! De tempos em tempos a Arduino altera algumas bibliotecas. Não copie e cole o programa acima apenas, analise-o e entenda-o. Assim, você será capaz de fazer qualquer atualização necessária. Ah! E claro. Caso faça alguma atualização, compartilhe-a conosco aqui.

 


Muita gente tem me perguntado diversas coisas sobre esse projeto, demosntrando dificuldades variadas. Para que seu projeto evolua de maneira a manter a sua motivação do começo ao fim, sugiro que comecem do mais básico e vão expandindo conforme a grana e as dificuldades técnicas. Assim, não importa até onde cheguem, sempre terão algo interessante (e funcionando) alcançado.

Sugiro as seguintes etapas:

 

Etapa 1 - Parte mecânica

- Com peças usadas de bicicleta, vocês podem construir as esteiras, que seriam movimentadas por motores DC com caixa de redução. Acessa esse endereço: http://labdegaragem.com/profiles/blogs/esteira-para-robo-com-corrente

Se essa parte estiver muito difícil ou faltar ferramentas, coloque rodas simples mesmo.

Faça um controle remoto simples para controlar o robô.

 

Etapa 2 - Parte eletrônica

- Faça uma plaquinha simples com transistores de potência para controlar o acionamento dos motores a partir de baixa corrente em 5V. Com isso, qualquer sinal digital TTL poderá controlar o seu robô, sem risco de queimar o equipamento que emite o sinal. Use transistores de portência, MOSFETs, ou mesmo relês. Atenção a corrente que esses componentes irão drenar, mesmo na base.

Alimente esse circuito com uma fonte de tensão adequada para os motores, ou mesmo uma bateria. Evite baterias muito pesadas.

 

Etapa 3 - Integração com o Arduino

- Faça a integração do que foi feito acima com um Arduino. Escreva um programa que controle o seu robô a partir de portas de entrada do Arduino, ou o que é mais interessante, a partir de comandos de texto que você envia via porta serial (USB) do Serial Monitor da IDE do Arduino para o seu robô.

 

Etapa 4 - Conexão Ethernet

- Adicione um Shield Ethernet ao Arduino, conecte o seu robô ao seu Roteador (via cabo de rede). O seu robô ainda não é wi-fi, mas já estará em rede. Programe um webserver como descrito no Projeto Robô Wi-Fi para que os controles sejam feitos através de form HTML. Existem outras formas de fazer esse controle, se descobrir alguma bacana, posta pra gente aí.

 

Etapa 5 - Wi-Fi

- Configure um Access Point (não use um de apenas 1 porta, você precisará de 2 se quiser colocar câmera) para acessar a sua rede wi-fi. Desative a conexão wi-fi do seu notebook, se usar Desktop, desconecte o cabo de rede e conecte ao Access Point. Se a configuração estiver correta, o seu computador deve ser capaz de acessar a rede via wireless. Configurado o AP, conecte o shield ethernet ao Access Point, e tente acessar o seu IP do seu computador (reconectado a rede, claro). Se tudo funcionar, o seu Robô já terá acesso a rede (e a internet) via wireless.

 

Etapa 6 - Câmera IP

- Prenda uma câmera IP no seu robô e conecte-a ao Access Point. Agora seu robô tem 2 IPs, um para acessar o Arduino (webserver) e outro para a câmera. Desse jeito, para controlar o robô, você precisa abrir 2 janelas de browser para ver e controlar o robô.

 

Etapa 7 - Parte elétrica

- Seu robô já está wi-fi, mas ainda está conectado a rede elétrica através das fontes de alimentação do Arduino, do AP e da placa que alimenta os motores. Agora é hora de adicionar a bateria e fazer um circuito regulador de tensão para alimentar esses dispositivos. Verifique qual é a tensão de alimentação de cada um, e a corrente que cada um puxa. Geralmente, cada dispositivo não deve puxar muita coisa, mas é preciso medir para ter certeza. CIs da linha 78XX devem resolver (até 1A cada).

 

Etapa 8 - Port Forwarding

- Agora seu robô está livre de fios e cabos e já pode ser acessado via rede local wi-fi. Para que ele possa ser controlado de qualquer lugar do planeta, é preciso que o roteador permita que acessos externos a sua rede sejam encaminhados para o seu robô, onde o webserver irá responder. Para isso, configure um "encaminhamento de portas" no seu roteador, por exemplo, quando alguém acessar o seu IP externo 201.xx.yy.z:porta, o seu robô será acessado pelo webserver que você programou no Arduino, onde "porta" é a porta configurada no roteador, que é encaminhada para o IP do webserver (ou o da câmera). Seu robô usará 2 portas (1 para a câmera e outra para o webserver no Arduino).

 

Pronto! Caso surjam dúvidas, pode mandar que vou ajudar no que estiver ao meu alcance. Caso faça melhorias nesse projeto, poste aqui para a gente aprender com você também.

 

Abraço!

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Comentário de Wagner Felix Pereira de Souza em 29 abril 2011 às 16:49

Fabio, eu manjo pouco dessa parte eletrica... mas se vc quiser APENAS trocar a polaridade da saida, só pra inverter a rotaçao do motor, sem ter controle de velocidade, tem gambiarra "barata" pra fazer, tipo essa aqui:

http://www.instructables.com/id/Super-Easy-Reversible-Motor-Control...

Pelo que li, esse transistor usado aguenta 5A, é bastante, da pra controlar motor mais potente mesmo... vc, no caso, precisaria fazer 2 pra controlar 2 motores.

 

Agora, se você quiser alem da direçao dos motores, controlar também a velocidade, o lance é mais compelxo: no meu(estou fazendo muito lentamente, depois vou postar aqui tambem), eu peguei um "driver" pronto, controlado por PWM, parecido com esse:

http://www.seeedstudio.com/depot/l298-dual-hbridge-motor-driver-p-2...

é meio carinho, mas com controle de velocidade e direçao individual pra cada motor deixa a aplicaçao final bem bacana...

Controla dois motores com pico de 2A em cada... Meus motores(2) operam com pico de 800mA a 6v, entao pra mim foi suficiente. Meus motores são dos mesmo desses: http://www.pololu.com/catalog/product/604

montei numa caixa de "cambio" tamiya com reduçao 204:1 (o motor gira muito rapido, entao precisa dessa reduçao grande, porque eles sao pequenos e fracos), nao medi o torque, mas aguenta carregar a parafernalia toda com sobra de torque :D.

 

aqui tem um video do meu, sem o shield ethernet ainda, sem a parafernalia toda, é um video meio antigo, nao atualizei o status de desenvolvimento ainda :D :
http://www.youtube.com/watch?v=v9OYgpIR6bg

Comentário de Fábio Eduardo Contâncio Fagundes em 29 abril 2011 às 2:04
ow...valeu mesmo aí...vc até me deu uma luz pq eu tava meio sem saber como iria fazer a transmição de potencia, mas oq vc disse foi bem esclarecedor, agora só esperar os testes para saber se o motor aguenta sem ter q reduzir muirto a rotação...a parte da conexão via internet eu vou deixar mais pra frente, já q só agora o projeto tá conseguindo sair da planilha...só uma pergunta vc tem idéia de qual o nome e onde eu axo relés q invertam a polaridade?
Comentário de Wagner Felix Pereira de Souza em 20 abril 2011 às 11:32

Fabio, vc pode fazer uma "caixa de redução" usando polias, ou peças de bicicleta(corrente + coroas de tamanhos variados), é muito mais leve que peças de cambio de carro, que sao pesadas porque precisam aguentar fisicamente o torque de motores BEM maiores.

 

sobre "a conexao internet" do seu robo, há roteadores relativamente baratos(na casa de 150 reais) que, alem de se conectar na internet pelos modos convencionais(cable modems, adsl models, etc), tambem tem porta usb pra vc conectar modems 3G... Eu tenho um roteador TP-link TL-MR3420 que tem esse tipo de recurso e funciona bem.

 

o problema, nesse caso, é alimentar tudo: o arduino, a camera, o roteador e os motores. Nao pela "carga" da bateria, mas por quanto ela consegue "se descarregar" pra alimentar tudo ao mesmo tempo.


Comentário de Fábio Eduardo Contâncio Fagundes em 19 abril 2011 às 23:29
brigadu...mas tenho muitas dúvidas...é a minha intenção é fazer um projeto com o máximo possível de peças reaproveitadas...eu fiz uma caixa de redução usando umas engrenagens de carro, ela funciona bem mas tenho medo do motor não aguentar o peso por que a parte mecanica tá  bem pesada...vc tem alguma dica de material ou algum motor de custo menor?
Comentário de Marcelo Rodrigues em 19 abril 2011 às 18:44

Olá Fábio,

 

Tem sim, se você usar um switch ou roteador no seu robô, pode conectá-lo ao modem e ter acesso à internet.

 

Abraço!!

Comentário de Fábio Eduardo Contâncio Fagundes em 17 abril 2011 às 23:52

olá meu nome é fábio, encontrei esse site por acaso aqui e já gostei muito...

estou fazendo curso técnico em mecatrônica 3°periodo, no começo eu queria fazer um robo mas no meio do curso eu fui desanimando, agora tô com um projeto aqui que é bem parecido com o seu, e tenho uma dúvida: quando eu terminar quero levar o projeto à minha escola mas lá não tem rede wireless, tem como eu ligar ele em um modem tipo de notebook

Comentário de Marcelo Rodrigues em 16 março 2011 às 13:00
Wagner,

Concordo plenamente! Sai mais barato e fica bem mais simples também.

Abraço!!
Comentário de Wagner Felix Pereira de Souza em 16 março 2011 às 10:58
Marcelo. Se bem que as cameras de IP, se o cara for comprar da china, a diferença de preço de uma camera wi-fi nativa é minima se comparada a versao cabeada...
dererpente o cara pega um AP desses que tem uma porta cabeada apenas, e ja é suficiente só pra conectar o arduino, e usar uma camera wifi...
Comentário de Marcelo Rodrigues em 10 março 2011 às 10:49
Marcelo,

O Wagner tem razão. Qualquer access point serve. O que precisa é ter a função de "cliente wifi".
Apenas tenha atenção à quantidade de portas. Eu usei um switch porque já tinha um AP de uma porta e não quis gastar com a compra de outro. Mas sugiro um AP com 4 portas (acho que não tem de 2), assim você poderá conectar a câmera e o shield ethernet.

Boa sorte!

Abraço!!!
Comentário de Wagner Felix Pereira de Souza em 9 março 2011 às 15:45

marcelo schiller, qualquer access point que vc possa configurar como "cliente wifi" serve pra ir no robo...

só ler o manual do Access Point antes de comprar, porque muitos nao sao "clientes wifi", eles pegam uma conexao cabeada pra distribuir wifi...

Outra opçao é, em vez de usar um Access Point, pegar um clone de Arduino com WiFi embutido... Vi na www.seeedstudio um Black Widow por 75 Dolares... é caro? é... mas elimina a necessidade do Access Point, a aplicaçao final fica mais leve, e consome menos bateria...

 

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