虛擬迷宮求解機(jī)器人開源分享

描述

自動(dòng)駕駛汽車現(xiàn)在是最熱門的話題。愛好者嘗試使用樹莓派和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)制作它們。這是一種方法。制造自動(dòng)駕駛汽車的另一種更簡單的方法是線路跟隨器、路徑跟隨器、迷宮求解機(jī)器人。這種機(jī)器人遵循在特定環(huán)境的地板上繪制的特定顏色線。我們可以使用相機(jī)或紅外傳感器制作它們。如果我說我不想在地板上畫任何線，我希望它在隱形線上運(yùn)行。這實(shí)際上是我在這里所做的。這個(gè)虛擬迷宮解算器/路徑跟隨機(jī)器人遵循來自遠(yuǎn)程 PC 的路徑。所以機(jī)器人沒有任何傳感器，它只是從 PC 獲取坐標(biāo)——另一個(gè)軟件機(jī)器人試圖解決難題——硬件機(jī)器人/汽車的移動(dòng)方式與軟件機(jī)器人汽車的移動(dòng)方式相同。現(xiàn)在讓我分享一下我是如何做到這一點(diǎn)的。

部分：

硬件 -

電子產(chǎn)品 -

• Arduino Nano（任何板都可以，但我的PCB支持）- 1x

• L298n 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（用于電機(jī)控制操作） - 1x

• 電機(jī) - 4x

• 車輪（與電機(jī)兼容） - 4x

• HC05 藍(lán)牙模塊（發(fā)送/接收數(shù)據(jù)） - 1x

• 我制作的多功能機(jī)器人PCB（點(diǎn)此查看）- 1x

• 一些公母頭針

• 焊線（在PCB上焊接?xùn)|西）

使身體 -

• PVC 板（您可以使用任何板甚至紙張，我喜歡使用它們）

• 熱膠和膠槍

軟件 -

• Arduino.ide

• Python3（別擔(dān)心，我會(huì)指導(dǎo)如何安裝）

而已。現(xiàn)在讓我們看看一切將如何運(yùn)作。

原則（一切如何運(yùn)作）

很簡單，機(jī)器人將是一輛藍(lán)牙控制的機(jī)器人汽車。python代碼將在計(jì)算機(jī)上加載地圖/迷宮并嘗試解決它。硬件機(jī)器人將使用藍(lán)牙從 Python 程序中獲取數(shù)據(jù)并相應(yīng)地移動(dòng)。

python程序?qū)⑼ㄟ^比較顏色值來查找路徑。我們的地圖將包含白色路徑。只要有一個(gè)白色像素，軟件汽車就會(huì)前進(jìn)，硬件機(jī)器人也會(huì)前進(jìn)。現(xiàn)在讓我們來吧。

制作機(jī)器人底盤

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我拿了兩張PVC片材，根據(jù)我的需要剪下來。你想怎么做是你的選擇。切割板/床單后，我放置電機(jī)，用適當(dāng)?shù)碾娋€連接它們。同一側(cè)的兩個(gè)電機(jī)作為一個(gè)電機(jī)，因此它們連接在一起。在圖 6 中，我使用了一些母對(duì)母跳線將電機(jī)控制引腳連接到 PCB。之后，我添加了兩個(gè)藍(lán)色 PVC 件來裝飾車身并連接輪子。

電路圖和PCB

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我使用EasyEDA 設(shè)計(jì)了電路。這很簡單，我留下了除了 A4、A5（用于 I2C 通信）之外的所有模擬引腳，并添加了 SD 卡讀卡器、藍(lán)牙模塊和 Arduino nano 的位置。藍(lán)牙模塊由跳線隔開（上傳數(shù)據(jù)時(shí)，我們需要斷開它）。我們不需要電阻，因?yàn)?Arduino 只會(huì)接收數(shù)據(jù)，不會(huì)寫入。

之后，我從PCBWay.com 打印了 PCB。我發(fā)現(xiàn)他們的服務(wù)非常令人印象深刻。由于他們以更少的錢提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，我更喜歡將他們的服務(wù)用于我的 PCB。我去了pcb快速訂購并上傳了gerber文件。一切都是由網(wǎng)站自動(dòng)完成的。在他們的工程師檢查了我的 PCB 后，我在 3 天內(nèi)付款并將它們從中國運(yùn)到孟加拉國。質(zhì)量令人驚嘆，阻焊層，線條，玻璃般的外觀一如既往地讓我感到驚訝。

從這里獲取 PCB 。

連接：

我連接了

• 左電機(jī)至 D5、D6

• 右電機(jī)至 D3、D4

藍(lán)牙模塊連接在專用端口上，但要準(zhǔn)確

• VCC 至 5v

• 接地到接地

• 發(fā)送到 Arduino Rx

• Rx 到 Arduino Tx

你發(fā)什么，我收什么。所以Arduino的接收引腳（Rx）連接到藍(lán)牙模塊發(fā)送引腳（Tx）。

之后，從電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為 PCB 供電。我總是喜歡在我的機(jī)器人項(xiàng)目中使用 7.4V 電源。兩個(gè)鋰電池就可以完成這項(xiàng)工作。3.7+3.7=7.4V，非常適合此類項(xiàng)目。

所以現(xiàn)在我們的藍(lán)牙機(jī)器人已經(jīng)準(zhǔn)備好了。下一步是對(duì)其進(jìn)行編程。

編程1：Arduino代碼

現(xiàn)在是時(shí)候?qū)⒊绦蛏蟼鞯綑C(jī)器人了。由于藍(lán)牙模塊連接在硬件串行上，我在上傳代碼之前拔下了跳線。

首先，我定義了電機(jī)連接的引腳 -

// Declare motor pins 
// motors of same side work as one 
// so we can consider both as one.
int rightMotor1 = 2;                // right side
int rightMotor2 = 3;
int leftMotor1 = 5;                 // left side
int leftMotor2 = 6;

然后我在 setup() 函數(shù)中將電機(jī)引腳聲明為輸出 -

 // Set pin modes  
pinMode(rightMotor1, OUTPUT);  
pinMode(rightMotor2, OUTPUT);  
pinMode(leftMotor1, OUTPUT);  
pinMode(leftMotor2, OUTPUT);

然后我初始化串行通信以從藍(lán)牙模塊接收數(shù)據(jù) -

 // Initialize serial communication  
Serial.begin(9600);

它檢查藍(lán)牙模塊所連接的串行端口的字節(jié)數(shù)據(jù)。

// Variable to store received data
byte command;
// Get command data from bluetooth serial port  
command = Serial.read();

如果它收到 -

• 'f' 前進(jìn)

• 'b' 向后

• l' 代表左和

• 'r' 表示正確的動(dòng)作

每個(gè)電機(jī)都有兩個(gè)引腳。如果我們需要將它們運(yùn)行到一個(gè)方向，我們需要將一個(gè)引腳設(shè)為高電平，另一個(gè)引腳設(shè)為低電平。如果它們同時(shí)為高或低，電機(jī)將不會(huì)旋轉(zhuǎn)。請(qǐng)參閱此示例以將汽車向前移動(dòng) -

if (command == 'f'){    
// indicates forward motion    
digitalWrite(rightMotor1, HIGH);   
digitalWrite(rightMotor2, LOW);    
digitalWrite(leftMotor1, HIGH);    
digitalWrite(leftMotor2, LOW);}

通過這種組合，我們可以使機(jī)器人工作。

從 github 下載代碼或從下面復(fù)制。我更喜歡下載以避免錯(cuò)誤。

/* ** Virtual Path Following Robot *
*  Robot Actuator's program
*  
*  This robot takes commands from a python program
*  and follows those commands. This robot demonstrates
*  virtual path following robots and it's scopes.
*  
*  *********** License: GPL3+  *************
*  You should receive a copy of the license
*  with this program.
*  
*  (c) author: ashraf minhaj
*      mail  : ashraf_minhaj@yahoo.com
*      
*  Tutorial for this project:
*      http://youtube.com/fusebatti
*      http://ashrafminhajfb.blogspot.com
*      
*  written on 15th Feb 2021
*/
// Declare motor pins
// motors of same side work as one
// so we can consider both as one.
int rightMotor1 = 2;                // right side
int rightMotor2 = 3;
int leftMotor1 = 5;                 // left side
int leftMotor2 = 6;
// Variable to store received data
byte command;
void setup() {
 // Set pin modes
 pinMode(rightMotor1, OUTPUT);
 pinMode(rightMotor2, OUTPUT);
 pinMode(leftMotor1, OUTPUT);
 pinMode(leftMotor2, OUTPUT);
 // Initialize serial communication
 // at 9600 buad rate
 // sender/python code will also use
 // the same buad
 Serial.begin(9600);
}
void loop() {
 // Get command data from bluetooth serial port
 command = Serial.read();
 // Decide which way to go based on received data
 if (command == 'f'){
   // indicates forward motion
   digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
   digitalWrite(rightMotor2, LOW);
   digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
   digitalWrite(leftMotor2, LOW);
 }
 if (command == 'b'){
   // Backward motion
   digitalWrite(rightMotor1, LOW);
   digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
   digitalWrite(leftMotor1, LOW);
   digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
 }
 if (command == 'r'){
   // Right turn
   digitalWrite(rightMotor1, LOW);
   digitalWrite(rightMotor2, HIGH);
   digitalWrite(leftMotor1, HIGH);
   digitalWrite(leftMotor2, LOW);
 }
 if (command == 'l'){
   // Left turn
   digitalWrite(rightMotor1, HIGH);
   digitalWrite(rightMotor2, LOW);
   digitalWrite(leftMotor1, LOW);
   digitalWrite(leftMotor2, HIGH);
 }
 if (command == 's'){
   // Stops the robot/car
   digitalWrite(rightMotor1, LOW);
   digitalWrite(rightMotor2, LOW);
   digitalWrite(leftMotor1, LOW);
   digitalWrite(leftMotor2, LOW);
 }
}

現(xiàn)在使用 Arduino.ide 上傳代碼并繼續(xù)下一步。

Programmin2：Python 代碼

我想你的電腦上安裝了 python。如果沒有，請(qǐng)轉(zhuǎn)到并安裝最新的穩(wěn)定版 python。我使用 Python3.7.1，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)它最穩(wěn)定。在下載下載可執(zhí)行安裝程序時(shí)，雙擊它進(jìn)行安裝，然后單擊“將python添加到環(huán)境變量路徑”框，否則您將陷入災(zāi)難。

無論如何，現(xiàn)在讓我們談?wù)刾ython程序。

我需要這個(gè)程序的兩個(gè)庫，pygame 和 pySerial。我像這樣從命令提示符安裝它們 -

$ pip install pygame
$ pip install pySerial

您在頂部看到的兩個(gè)圖像是迷宮和軟件汽車。python程序讀取它們-

bg  = pygame.image.load("track1.png")
car = pygame.image.load("car.png")

要將數(shù)據(jù)從 PC 發(fā)送到 Arduino 藍(lán)牙，我首先將藍(lán)牙模塊連接到我的 PC。步驟是 -

• 打開藍(lán)牙

• 轉(zhuǎn)到控制面板>設(shè)備管理器

• 搜索新設(shè)備

• 使用密碼添加設(shè)備 (HC05) [默認(rèn)密碼為“0000”或“1234”]

而已。然后單擊設(shè)備屬性以獲取端口號(hào)。在 HC05 中，在 py PC 中它位于“COM8”中。所以python像這樣連接 -

PORT = "COM8"
BUADRATE = 9600
robot = serial.Serial(PORT, BUADRATE)  # connect robot

為了讓機(jī)器人先檢查周圍環(huán)境，我找到了汽車的中心，然后檢查了周圍環(huán)境——

# find the center of the car and draw a point on that
center_x, center_y = (int(car_x + 40 /2), int(car_y + 40 / 2))

代碼的其余部分是檢查周圍環(huán)境并轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)汽車。如果它向前或任何方向，它會(huì)通過這樣的串行端口（字節(jié)數(shù)據(jù)）將該數(shù)據(jù)發(fā)送到 Arduino -

# start the robot
robot.write(b'f')
# turn left
robot.write(b'l')

現(xiàn)在從 github 下載完整代碼或從下面復(fù)制 -

"""
   ** Virtual Path Follower Robot **
   License: GPL3
   You should receive a copy of license with this program.
   (c) author: ashraf minhaj
       mail  : ashraf_minhaj@yahoo.com
   Written on 15th Feb 2021
"""
""" install - 
$ pip install pygame
$ pip install pySerial
"""
# import library
import pygame
import serial
from time import sleep
# robot port and buadrate
# change these according to your need
PORT = "COM8"
BUADRATE = 9600
# initialize things
pygame.init()
robot = serial.Serial(PORT, BUADRATE)  # connect robot
# create window with size (our image size)
window = pygame.display.set_mode((700,400))  # track 1
#window = pygame.display.set_mode((1155,399))   # track 2
# load image file
bg  = pygame.image.load("track1.png")
#bg  = pygame.image.load("track2.png")
car = pygame.image.load("car.png")
car = pygame.transform.scale(car, (40, 40)) # resize car image
""" main loop varibales and things """
# set up timer clock 
clock = pygame.time.Clock()
# initial x y axis position of the car
car_x = 30   
car_y = 260  
JUMP_VALUE = 25     # turning point value
direction = 'y_up'  # cars current direction
run = 1
# start the robot
robot.write(b'f')
DELAY = .400
# main loop
while run:
   clock.tick(30)         # update the window/run loop by this speed
   #check for events
   for event in pygame.event.get():
       # quit button clicked
       if event.type == pygame.QUIT:
           run = 0
   # position images
   window.blit(bg, (0, 0))          # load the track image
   window.blit(car, (car_x, car_y)) # the car image
   # record last x, y pos of car
   last_x, last_y = car_x, car_y
   # find the center of the car and draw a point on that
   center_x, center_y = (int(car_x + 40 /2), int(car_y + 40 / 2))
   pygame.draw.circle(window, (0,255,255), (center_x, center_y), 5, 5)
   # check surrounding (4 direction data)
   # the calibration value is the pixel from car's sensor/mid point
   # so it checks for road info 30 pixels far from the sensor.
   # 255 means we have a clear white road
   cal_value = 30              # calibrate this to get good data
   y_up      = window.get_at((center_x, center_y - cal_value))[0]
   y_down    = window.get_at((center_x, center_y + cal_value))[0]
   x_right   = window.get_at((center_x + cal_value, center_y))[0]
   x_left    = window.get_at((center_x - cal_value, center_y))[0]
   #print("y_up   ", y_up)
   #print("y_down ", y_down)
   #print("x_right", x_right)
   #print("x_left ", x_left)
   #print("-----------")
   # determine which way to go
   # go up
   if y_up == 255 and direction == 'y_up' and x_left != 255 and x_right != 255:
       # move up
       car_y -= 2  # decrease pixel and move the car on y axis
   # make the turn
   if y_up == 255 and direction == 'y_up' and x_left != 255 and x_right == 255:
       # make a right turn
       direction = 'x_right'
       car_y -= JUMP_VALUE
       car_x += JUMP_VALUE
       car = pygame.transform.rotate(car, -90)
       window.blit(car, (car_x, car_y))
       print('Turn Right')
       robot.write(b'r')
       sleep(DELAY)
       robot.write(b'f')
   # go x right
   if y_up != 255 and direction == 'x_right' and y_down != 255 and x_right == 255:
       car_x += 2
   if y_down == 255 and direction == 'x_right' and x_left == 255 and x_right == 255:
       # make a turn from x_right
       car = pygame.transform.rotate(car, -90)
       direction = 'y_down'
       car_y += JUMP_VALUE + 5
       car_x += JUMP_VALUE
       window.blit(car, (car_x, car_y))
       print('Turn Right')
       robot.write(b'r')
       sleep(DELAY)
       robot.write(b'f')
   # go y down
   if y_down == 255 and direction == 'y_down' and x_left != 255 and x_right != 255:
       # move down
       car_y += 2
   # left turn
   if y_down == 255 and direction == 'y_down' and x_left != 255 and x_right == 255:
       # turn from y_down
       car = pygame.transform.rotate(car, 90)
       direction = 'x_right'
       car_y += JUMP_VALUE
       car_x += JUMP_VALUE
       print('Turn left')
       robot.write(b'l')
       sleep(DELAY)
       robot.write(b'f')
   # turn to y up
   if y_up == 255 and direction == 'x_right' and x_left == 255 and x_right == 255:
       # turn from y_down
       car = pygame.transform.rotate(car, 90)
       direction = 'y_up'
       car_y -= JUMP_VALUE + 5
       car_x += JUMP_VALUE
       print('Turn left')
       robot.write(b'l')
       sleep(DELAY)
       robot.write(b'f')
   # if car is stopped
   if car_x == last_x and car_y == last_y:
       # stop the engine sound
       print("STOPPED")
       robot.write(b's')
   pygame.display.update()  # update the window
pygame.quit()      #close everything

通電，我們走吧

我使用兩節(jié) 18650 電池為機(jī)器人供電。然后運(yùn)行 ??Python 程序。它的表現(xiàn)如何？你可以在視頻中看到。

這個(gè)機(jī)器人最好的部分是你不需要不時(shí)更改機(jī)器人的代碼。您只需要相應(yīng)地更改 python 程序。而已。

未來范圍：

該機(jī)器人可用于帶有一些板載傳感器的行業(yè)，以確定錯(cuò)誤或滑出路徑并避開障礙物。天空是極限，你的大腦是主人。

謝謝你。