使用Arduino的手勢控制機(jī)器人

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用Arduino設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的手勢控制的機(jī)器人。這個(gè)手勢控制機(jī)器人是基于Arduino Nano、MPU6050、射頻發(fā)射器-接收器對和L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

盡管標(biāo)題說是手勢控制機(jī)器人，但從技術(shù)上講，這個(gè)機(jī)器人是由手的傾斜度控制的。

前言

機(jī)器人是一個(gè)由計(jì)算機(jī)程序操作的電子機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)器人可以是自主的或半自主的。自主的機(jī)器人不受人類的控制，通過對環(huán)境的感知來決定自己的行為。

大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人是自主的，因?yàn)樗鼈冃枰愿咚俸透呔_度進(jìn)行操作。但有些應(yīng)用需要半自主或人類控制的機(jī)器人。

一些最常用的控制系統(tǒng)是語音識(shí)別、觸覺或觸摸控制和運(yùn)動(dòng)控制。

經(jīng)常實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)器人之一是手勢控制的機(jī)器人。在這個(gè)項(xiàng)目中，使用MPU6050開發(fā)了一個(gè)手勢控制機(jī)器人，它是一個(gè)三軸加速器和三軸陀螺儀傳感器，控制器部分是Arduino Nano。

沒有使用帶有按鈕或操縱桿的遙控器，而是使用手勢來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

該項(xiàng)目基于無線通信，手勢的數(shù)據(jù)通過射頻鏈接（射頻發(fā)射器-接收器對）傳輸給機(jī)器人。

該項(xiàng)目分為發(fā)射器和接收器部分。發(fā)送器和接收器部分的電路圖和元件將分別解釋。

手勢控制機(jī)器人的原理

為了理解手勢控制機(jī)器人的工作原理，讓我們把這個(gè)項(xiàng)目分為三個(gè)部分。

第一部分是通過Arduino從MPU6050加速器陀螺儀傳感器獲取數(shù)據(jù)。Arduino不斷從MPU6050獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)定的參數(shù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到射頻發(fā)射器。

項(xiàng)目的第二部分是射頻發(fā)射器和射頻接收器之間的無線通信。射頻發(fā)射器在收到Arduino的數(shù)據(jù)后（通過編碼器IC），通過射頻通信將其傳送給射頻接收器。

最后，項(xiàng)目的第三部分是對射頻接收器收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并將適當(dāng)?shù)男盘?hào)發(fā)送至電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，從而激活機(jī)器人的車輪電機(jī)。         

手勢控制機(jī)器人的方框圖

下面的圖片顯示了發(fā)射器和接收器部分的手勢控制機(jī)器人的簡單框圖。

發(fā)射器方框圖

接收器方框圖

發(fā)射器部分的電路圖

下圖顯示了手勢控制機(jī)器人項(xiàng)目發(fā)射器部分的電路圖。

發(fā)射器部分的元件

Arduino Nano

434MHz射頻發(fā)射器

HT-12E編碼器IC

MPU6050加速器/陀螺儀傳感器

750KΩ電阻

接收器部分的電路圖

接收器部分的元件

L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC

HT-12D解碼器IC

434MHz射頻接收器

33KΩ電阻

330Ω電阻

LED

4個(gè)帶輪子的齒輪馬達(dá)

機(jī)器人底盤

部件描述

MPU6050

MPU6050是愛好者和發(fā)燒友最常使用的傳感器模塊之一。它由加速器和陀螺儀組成，并提供6個(gè)自由度（3軸加速器和3軸陀螺儀）。

射頻發(fā)射器和接收器模塊

發(fā)射器和接收器之間的通信是使用射頻模塊。在這個(gè)項(xiàng)目中使用了一對434MHz的發(fā)射器和接收器。

HT-12E

它是一個(gè)編碼器集成電路，將4位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，以便通過射頻鏈路進(jìn)行傳輸。

HT-12D

它是一個(gè)解碼器IC，將射頻接收器接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成4位并行數(shù)據(jù)。這個(gè)并行數(shù)據(jù)可以用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

帶有編碼器和解碼器的射頻鏈接

手勢控制機(jī)器人的電路設(shè)計(jì)

發(fā)射器部分

機(jī)器人的發(fā)射器部分由Arduino Nano板、MPU6050傳感器、HT-12E編碼器IC和一個(gè)射頻發(fā)射器組成。Arduino和MPU6050傳感器之間的通信是通過I2C接口進(jìn)行的。因此，MPU6050傳感器的SCL和SDA引腳被連接到Arduino Nano的A5和A4引腳。

此外，我們將使用MPU6050的中斷引腳，因此，它被連接到Arduino Nano的D2。 

HT-12E是一個(gè)編碼器集成電路，通常與射頻發(fā)射器模塊有關(guān)。它將12位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。12位數(shù)據(jù)被分為地址和數(shù)據(jù)位。A0到A7（針腳1到針腳8）是地址位，它們用于數(shù)據(jù)的安全傳輸。這些引腳可以保持開放或連接到地（Vss）。在這個(gè)電路中，HT-12E的第1至第9針（A0 - A7和Vss）連接到地。

10-13腳（AD8、AD9、AD10和AD11）是HT-12E的數(shù)據(jù)引腳。它們接收來自外部的4個(gè)字的并行數(shù)據(jù)，如微控制器（本例中為Arduino Nano）。它們分別與Arduino Nano的D12、D11、D10、D9引腳相連。

TE'是傳輸使能引腳，它是一個(gè)低電平有效引腳。只要TE'為低電平，數(shù)據(jù)就會(huì)被傳輸。因此，第14針（TE'）也被連接到地。

編碼器IC在16和15號(hào)引腳（OSC1和OSC2）之間有一個(gè)內(nèi)部振蕩器電路。在這些引腳之間連接了一個(gè)750KΩ的電阻來啟用振蕩器。Dout（針腳17）是串行數(shù)據(jù)輸出針腳。它與射頻發(fā)射器的數(shù)據(jù)輸入引腳相連。

Arduino Nano和MPU6050都有3.3V穩(wěn)壓器。因此，所有的VCC引腳都連接到一個(gè)穩(wěn)定的5V電源。

接收器部分

機(jī)器人的接收部分包括一個(gè)射頻接收器、HT-12D解碼器、L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)帶有四個(gè)輪子的電機(jī)的機(jī)器人底盤。

HT-12D是通常與射頻接收器相關(guān)的解碼器IC。它將射頻鏈路收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。A0到A7（針腳1到針腳8）是地址針腳，必須與編碼器的地址針腳匹配。

由于編碼器（HT-12E）的地址引腳是接地的，所以解碼器的地址引腳也必須接地。因此，1-9號(hào)針腳（A0-A7和Vss）要接地。來自射頻接收器的串行數(shù)據(jù)被賦予解碼器IC的Din（針腳14）。

HT-12D有一個(gè)內(nèi)部振蕩器，在OSC1和OSC2（16和15腳）之間連接一個(gè)33KΩ的外部電阻。17腳（VT）表示數(shù)據(jù)的有效傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)引腳上出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)時(shí)，該腳將為高電平。一個(gè)與330Ω電阻串聯(lián)的LED被連接到這個(gè)引腳，以指示有效的數(shù)據(jù)傳輸。

HT-12D的10至13腳（D8、D9、D10和D11）是并行數(shù)據(jù)輸出腳。它們被連接到L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的輸入引腳（分別為2、7、10和15腳）。

L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片用于為電機(jī)提供必要的電流（用于正反方向）。引腳1和9是使能引腳，與引腳16（這是邏輯電源）一起連接到VCC（+5v）。引腳3-6和11-14是輸出，與四個(gè)電機(jī)相連。

第8針是電機(jī)電源針，連接到一個(gè)單獨(dú)的電源。因此，在接收器部分你需要兩個(gè)電池；一個(gè)用于電路，一個(gè)用于電機(jī)。

手勢控制機(jī)器人的工作

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)由手勢控制的移動(dòng)機(jī)器人。這里解釋一下該機(jī)器人的工作。

如前所述，手勢控制機(jī)器人是一種無線操作的機(jī)器人，有兩個(gè)部分： 發(fā)射器和接收器。當(dāng)機(jī)器人通電后，由Arduino、MPU6050、編碼器和射頻發(fā)射器組成的發(fā)射器部分將持續(xù)監(jiān)測MPU6050傳感器。

這些數(shù)據(jù)被Arduino捕獲，然后根據(jù)MPU6050傳感器的方向，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送給編碼器。編碼器收到的并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，該串行數(shù)據(jù)由射頻發(fā)射器傳輸。

在接收部分，射頻接收器接收串行數(shù)據(jù)并將其傳送給解碼器IC。解碼器將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，并將此并行數(shù)據(jù)提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC?；谶@些數(shù)據(jù)，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，以及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)被定義。

應(yīng)用

無線控制機(jī)器人在許多應(yīng)用中非常有用，如遠(yuǎn)程監(jiān)控、軍事等。

手勢控制機(jī)器人可以被坐在輪椅上的殘疾人使用。

可以開發(fā)手勢控制的工業(yè)級(jí)機(jī)器人手臂。

到目前為止，你已經(jīng)知道了手勢控制機(jī)器人，它完全根據(jù)你的手的時(shí)刻（對設(shè)備的輸入標(biāo)志）來移動(dòng)。如果你正在尋找一個(gè)類似的低預(yù)算設(shè)備，那么機(jī)器人吸塵器最適合你，因?yàn)樗懈蟮墓δ軄砬鍧嵞愕募摇?/p>