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 Marcelo Rodrigues em 22 janeiro 2012 às 14:10

Vinicius,

Na época eu usei relê. Tem um video postado aqui no LdG sobre como ligar um relê no Arduino. Hoje eu usaria duas pontes H com Mosfets (1 para cada motor), ou se você não tiver muitos conhecimentos em eletrônica, pode usar um Arduino (Uno ou 2009) com o 4Power:

http://loja.labdegaragem.com.br/4-power.html que em breve estará novamente disponível na loja.

Acho que o Wagner usou algo semelhante no robô dele. Ele pode dar mais detalhes.

Abraço!!

Comentário de Vinicius Favoni em 22 janeiro 2012 às 9:19

este foi feito com o arduino uno?

poderia me mandar o projeto da placa controladora dos motores?

agradeço desde já

Comentário de Wagner Felix Pereira de Souza em 22 dezembro 2011 às 18:03

Enchi o saco nesse projeto, perguntando, respondendo, etc... Chegou a hora de mostrar o meu :D :

http://labdegaragem.com/profiles/blogs/robo-controlado-pela-interne...

As ideias que peguei aqui foram extremamente úteis.

Comentário de Marcelo Rodrigues em 11 novembro 2011 às 10:45

Wagner Luiz,

Excelente ideia. Obrigado!

 

Fernando,

Nem faço ideia. Quando montei esse robô juntei toda a tralha que tinha em cada. :)

Mas agora, quando fazemos montagem semelhante, usamos o kit do Sergio Imperador. Esse aqui: http://loja.labdegaragem.com.br/robotica/robokit-03.html

Ele tem uns servos bem fortes, mas que dá para alimentar direto do Arduino. Cheguei a colocar bateria e um netbook em cima e ele nem chiou. Hehehe...

Tem vídeo mostrando no nosso canal do YouTube, acho que está como robô com Apache, ou coisa parecida.

 

Abraços!!

 

Comentário de Wagner Luiz Blasio em 9 novembro 2011 às 14:34

Muito bom o projeto uma dica para melhorar as imagens qdo a camera esta filmando seria colocar uma pequena lanterna de leds de alto brilho que tem baixo consunmo de energia, junto da cam para iluminar melhor o local,trajeto ou objeto que o robo esta mostrando, bastando incluir mais algumas linhas de comandos para ligar e desligar a lanterna dessa forma a imagem fica mais nítida.

Comentário de Fernando Cortes em 9 novembro 2011 às 13:30

Tem ideia de quanto gastou???

Comentário de Fábio Eduardo Contâncio Fagundes em 3 maio 2011 às 0:26
já eu, já tinha o projeto...vcs me indicaram boa parte do caminho...e me motivaram pois oq eu tinha em mente era como algo atras da montanha...eu apenas imaginava algo mas não sabia se era possível alcança lo, a cada dia eu to vendo q é possivel mas como o wagner...bem lentamente e nas horas vagas...um dia eu chego lá...
Comentário de Wagner Felix Pereira de Souza em 2 maio 2011 às 12:23
Opa Marcelo,
Eu quero postar depois de pronto, porque senão gera muita espectativa e eu estou fazendo muuuuuuuuuuuito lentamente nas horas vagas(que são raras). Mas vou postar sim, o grande motivador de eu coemçar a fazer foi ver esse seu :D.
Comentário de Marcelo Rodrigues em 1 maio 2011 às 20:28

Wagner,

 

Seu robô está ficando bem legal! Posta mais detalhes dele aí pra gente, faz um post no blog e/ou uma página no nosso wiki. A galera vai curtir!

 

Fábio,

 

Acho que o Wagner falou tudo aí. Esses drivers são bons para controlar motores DC porque fazem todo o trabalho eletrônico. No meu caso eu usei transistores e relês (2 posições 2 pólos). Hoje, acho que usaria algum CI também. Mas o orçamento era limitado! :))

 

Abraços!!

Comentário de Fábio Eduardo Contâncio Fagundes em 1 maio 2011 às 18:57

aí vlw d novo...deu mais uma clareada boa aqui, vo adinantando meu projeto aqui e se surgir mais uma dúida aqui eu t pergunto...

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