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電子發(fā)燒友網(wǎng)>電子資料下載>電子資料>使用Arduino和Android設(shè)備控制Roomba機(jī)器人

使用Arduino和Android設(shè)備控制Roomba機(jī)器人

2023-06-29 | zip | 0.00 MB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

描述

第 1 步:物料清單

  • iRobot Create2
  • 按鈕

第 2 步:Roomba Create2

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pYYBAGN7H9-AMGnTAADq2pSSIGo367.jpg
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Roomba 是一款差速驅(qū)動(dòng)機(jī)器人,帶有 2 個(gè)輪子和一個(gè)前腳輪。它的速度高達(dá) 500 毫米/秒,并且可以被命令向上或向后移動(dòng)。

對(duì)于信號(hào)化,我們可以用四個(gè) 7 段顯示器和 5 個(gè) LED 來(lái)計(jì)數(shù)(見(jiàn)圖):

  • 干凈的
  • 點(diǎn)
  • 碼頭
  • 警告/檢查
  • 污垢/碎片

作為內(nèi)部傳感器,我們有:

對(duì)于編程,應(yīng)使用文檔:iRobot? Create? 2 ??Open Interface (OI) 。Roomba 可以設(shè)置為 3 種模式:

被動(dòng)模式:

  • 在發(fā)送啟動(dòng)命令或任何一種清潔模式命令(例如,Spot、Clean、Seek Dock)時(shí),OI 進(jìn)入被動(dòng)模式。當(dāng) OI 處于被動(dòng)模式時(shí),您可以使用任何傳感器命令請(qǐng)求和接收傳感器數(shù)據(jù),但不能將執(zhí)行器(電機(jī)、揚(yáng)聲器、燈、低邊驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字輸出)的當(dāng)前命令參數(shù)更改為其他參數(shù).

安全模式:讓您可以完全控制 Roomba,但以下與安全相關(guān)的情況除外:

  • 充電器插入并通電。
  • 檢測(cè)車(chē)輪掉落(在任何車(chē)輪上)。
  • 向前移動(dòng)(或以小轉(zhuǎn)彎半徑向后移動(dòng),小于一個(gè)機(jī)器人半徑)時(shí)檢測(cè)懸崖。
  • 如果在 OI 處于安全模式時(shí)出現(xiàn)上述安全相關(guān)情況之一,Roomba 會(huì)停止所有電機(jī)并恢復(fù)到被動(dòng)模式。

完整模式:

  • 當(dāng) OI 處于安全模式時(shí),您可以完全控制 Roomba、其所有執(zhí)行器以及所有與安全相關(guān)的條件,因?yàn)橥暾J綍?huì)關(guān)閉懸崖、車(chē)輪掉落和內(nèi)部充電器安全功能。

第 3 步:串行連接

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poYBAGN7H-KAUWvpAADOYiwKOfk511.jpg
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對(duì)于 Roomba 和 Arduino 之間的通信,將使用串行端口。默認(rèn)情況下,Roomba 以 115,200 波特率進(jìn)行通信,但為??了與 Arduino 通信,我們將其切換為 19,200。

設(shè)置 Roomba 波特率的方法有 2 種:

  • 關(guān)閉 Roomba 電源時(shí),在燈熄滅后繼續(xù)按住清潔/電源按鈕。大約 10 秒后,Roomba 會(huì)播放一段下降音高的曲子。Roomba 將以 19,200 波特率進(jìn)行通信,直到處理器失去電池電量或通過(guò) OI 明確更改波特率。
  • 使用波特率更改引腳(Mini-DIN 連接器上的引腳 5)更改 Roomba 的波特率。打開(kāi) Roomba 后,等待 2 秒,然后將波特率更改脈沖低 3 次。每個(gè)脈沖應(yīng)持續(xù) 50 到 500 毫秒。Roomba 將以 19200 波特率進(jìn)行通信,直到處理器失去電池電量或通過(guò) OI 明確更改波特率。

上圖顯示了 Arduino 應(yīng)如何連接到 Roomba Mini-DIN 連接器

第 4 步:?jiǎn)?dòng) Roomba

對(duì) Roomba 進(jìn)行編程時(shí)必須做的第一件事是:

  • “喚醒”機(jī)器人
  • 定義模式(安全或完整)

我們可以“喚醒”它,向 Mini-DIN 引腳 5(檢測(cè)設(shè)備輸入)發(fā)送一個(gè)低電平脈沖,如下面的函數(shù)所示:

void wakeUp (void)
{
  setWarningLED(ON);
  digitalWrite(ddPin, HIGH);
  delay(100);
  digitalWrite(ddPin, LOW);
  delay(500);
  digitalWrite(ddPin, HIGH);
  delay(2000);
} 

要啟動(dòng) Roomba,必須發(fā)送 2 個(gè)代碼:“START”[128] 和模式,在我們的例子中為“SAFE MODE”[131]。如果您想要“完整模式”,則應(yīng)發(fā)送代碼 [132]。

void startSafe()
{  
  Roomba.write(128);  //Start
  Roomba.write(131);  //Safe mode
  delay(1000);
} 

第 5 步:打開(kāi) LED 和顯示屏

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pYYBAGN7H-SAat-8AAEm2fHLbpQ221.jpg
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打開(kāi) LED

如簡(jiǎn)介所述,Roomba 有 5 個(gè) LED:

  • 電源/清潔(雙色紅/綠和強(qiáng)度控制)
  • 點(diǎn)(綠色,固定強(qiáng)度)
  • 碼頭(綠色,固定強(qiáng)度)
  • 警告/檢查(橙色,固定強(qiáng)度)
  • 污垢/碎片(藍(lán)色,固定強(qiáng)度)

可以使用代碼 [139] 命令所有 LED。要控制電源 LED,您必須向 Roomba 發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié):“顏色”和“強(qiáng)度”。

顏色:

  • 綠色 = 0
  • 橙色 = 128
  • 紅色=255

強(qiáng)度:

  • 低=0
  • 最大=255

函數(shù)setPowerLED (byte setColor, byte setIntensity)做到了:

void setDigitLEDs(byte digit1, byte digit2, byte digit3, byte digit4)
{
    Roomba.write(163);
    Roomba.write(digit1);
    Roomba.write(digit2);
    Roomba.write(digit3);
    Roomba.write(digit4);
}

例如,要將橙色的 POWER LED 點(diǎn)亮一半強(qiáng)度,您可以調(diào)用如下函數(shù):

setPowerLED (128, 128);

要打開(kāi)剩余的 4 個(gè) LED,必須使用以下功能:

setDebrisLED(ON);
setDockLED(ON); 
setSpotLED(ON); 
setWarningLED(ON);

上述所有函數(shù)的代碼都與此類(lèi)似:

void setDebrisLED(bool enable)
{
  debrisLED = enable;
  Roomba.write(139);
  Roomba.write((debrisLED ? 1 : 0) + (spotLED ? 2 : 0) + (dockLED ? 4 : 0) + (warningLED ? 8 : 0));
  Roomba.write((byte)color);
  Roomba.write((byte)intensity);
} 

基本上區(qū)別在于:

debrisLED = enable;

必須更改啟用其他每個(gè) LED(spotLED、dockLED、warningLED )。

發(fā)送消息顯示

Roomba 有四個(gè) 7 段顯示器,您可以使用它們以?xún)煞N不同的方式發(fā)送消息:

  • 代碼 [163]:數(shù)字 LED 原始(數(shù)字)
  • 代碼 [164]:數(shù)字 LED ASCII(字母和特殊代碼的近似值)

顯示數(shù)字非常容易。您必須在要顯示的 4 位數(shù)字之后發(fā)送代碼 [163]。函數(shù):setDigitLEDs(byte digit1, byte digit2, byte digit3, byte digit4)為您執(zhí)行此操作:

void setDigitLEDs(byte digit1, byte digit2, byte digit3, byte digit4)
{
    Roomba.write(163);
    Roomba.write(digit1);
    Roomba.write(digit2);
    Roomba.write(digit3);
    Roomba.write(digit4);
} 

例如,要顯示“1、2、3、4”,必須調(diào)用函數(shù):

setDigitLEDs(1, 2, 3, 4);

使用代碼 [164],可以發(fā)送 ASCII 的近似值。函數(shù)setDigitLEDFromASCII(byte digit, char letter)對(duì)我們這樣做:

void setDigitLEDFromASCII(byte digit, char letter)
{
  switch (digit){
  case 1:
    digit1 = letter;
    break;
  case 2:
    digit2 = letter;
    break;
  case 3:
    digit3 = letter;
    break;
  case 4:
    digit4 = letter;
    break;
  }
  Roomba.write(164);
  Roomba.write(digit1);
  Roomba.write(digit2);
  Roomba.write(digit3);
  Roomba.write(digit4);
} 

為了簡(jiǎn)化,我創(chuàng)建了一個(gè)新函數(shù)來(lái)同時(shí)發(fā)送 4 位數(shù)字:

void writeLEDs (char a, char b, char c, char d)
{
  setDigitLEDFromASCII(1, a);
  setDigitLEDFromASCII(2, b);
  setDigitLEDFromASCII(3, c);
  setDigitLEDFromASCII(4, d);
} 

例如,要顯示“STOP”,您必須調(diào)用該函數(shù):

writeLEDs ('s', 't', 'o', 'p');

第 6 步:移動(dòng) Roomba

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pYYBAGN7H-mASY2PAAGcnynLrnc172.jpg
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對(duì)于移動(dòng)性,Roomba 有 2 個(gè)獨(dú)立的直流電機(jī),可通過(guò)編程以高達(dá) 500 毫米/秒的速度運(yùn)行。有幾個(gè)命令可用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。主要有:

  • 代碼 [137]:驅(qū)動(dòng)器 ==> 必須發(fā)送 +/- 速度(以 mm/s 為單位)和 +/- 半徑(以 mm 為單位)
  • 代碼 [145]:直接驅(qū)動(dòng) ==> 必須以 mm/s 為單位發(fā)送左/右速度(+ 表示前進(jìn),- 表示后退)
  • 代碼 [146]:驅(qū)動(dòng) PWM ==> 必須為左右輪發(fā)送 +/- PWM 數(shù)據(jù)

以下是這 3 個(gè)選項(xiàng)的代碼:

void drive(int velocity, int radius)
{
  clamp(velocity, -500, 500); //def max and min velocity in mm/s
  clamp(radius, -2000, 2000); //def max and min radius in mm
  
  Roomba.write(137);
  Roomba.write(velocity >> 8);
  Roomba.write(velocity);
  Roomba.write(radius >> 8);
  Roomba.write(radius);
}
//---------------------------------------------------------------
void driveWheels(int right, int left)
{
  clamp(right, -500, 500);
  clamp(left, -500, 500);
  
  Roomba.write(145);
  Roomba.write(right >> 8);
  Roomba.write(right);
  Roomba.write(left >> 8);
  Roomba.write(left);
  }
//---------------------------------------------------------------
void driveWheelsPWM(int rightPWM, int leftPWM)
{
  clamp(rightPWM, -255, 255);
  clamp(leftPWM, -255, 255);
  
  Roomba.write(146);
  Roomba.write(rightPWM >> 8);
  Roomba.write(rightPWM);
  Roomba.write(leftPWM >> 8);
  Roomba.write(leftPWM);
} 

請(qǐng)注意,“clamp”功能定義了允許輸入的最大值和最小值。該函數(shù)在文件rombaDefines.h 中定義:

#define clamp(value, min, max) (value < min ? min : value > max ? max : value)

使用上面的代碼,可以創(chuàng)建更簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng) Roomba:

/---------------------------------------------------------------
void turnCW(unsigned short velocity, unsigned short degrees)
{
  drive(velocity, -1);
  clamp(velocity, 0, 500);
  delay(6600);
  drive(0,0);
}
//---------------------------------------------------------------
void turnCCW(unsigned short velocity, unsigned short degrees)
{
  drive(velocity, 1); 
  clamp(velocity, 0, 500);
  delay(6600);
  drive(0,0);
}
//---------------------------------------------------------------
void driveStop(void)
{
  drive(0,0);
}
//---------------------------------------------------------------
void driveLeft(int left)
{
  driveWheels(left, 0);
}
//---------------------------------------------------------------
void driveRight(int right)
{
  driveWheels(0, right);
} 

請(qǐng)注意,要轉(zhuǎn)向角度,必須針對(duì)給定速度專(zhuān)門(mén)計(jì)算“延遲”參數(shù)。下面是一些可用于測(cè)試電機(jī)的示例:

turnCW (40, 180);  // spin clockwise 180 degrees and stop
driveWheels(20, -20); // spin 
driveLeft(20); // turning left

為了測(cè)試電機(jī),最好添加一個(gè)外部按鈕(在我的情況下連接到 Arduino 引腳 12),因此您可以將代碼下載到 Arduino,啟動(dòng) Roomba,但在按下按鈕之前停止執(zhí)行。通常,對(duì)于電機(jī)測(cè)試,您可以在代碼的設(shè)置部分進(jìn)行。

例如,請(qǐng)看下面的簡(jiǎn)單 Arduino 代碼(注意代碼使用了之前開(kāi)發(fā)的函數(shù)和定義):

#include "roombaDefines.h"
#include 
// Roomba Create2 connection
int rxPin=10;
int txPin=11;
SoftwareSerial Roomba(rxPin,txPin);
//---------------------------------------------
void setup() 
{
  Roomba.begin(19200);
  
  pinMode(ddPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // connected to Arduino pin 12 and used for "starting"
  delay(2000);
  
  wakeUp ();   // Wake-up Roomba
  startSafe(); // Start Roomba in Safe Mode
  while (digitalRead(buttonPin)) {  } // wait button to be pressed to continous run code
  
  turnCW (40, 180);  //test Roomba spin clock-wise 180 degrees and stop
}
//---------------------------------------------
void loop() 
{
  
} 

第 7 步:通過(guò)藍(lán)牙控制 Roomba

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poYBAGN7H-uAGQYNAADqQYIa_VA091.jpg
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為了完成項(xiàng)目的第一部分,讓我們?cè)谖覀兊?Arduino 上安裝一個(gè)藍(lán)牙模塊 (HC-06)。上圖顯示了如何做到這一點(diǎn)。通常 HC-06 出廠設(shè)置波特率為 9,600。將其更改為 19,200 以兼容 Arduino-Roomba 通信速度非常重要。您可以向模塊發(fā)送 AT 命令(AT+BAUD5,其中“5”是 19,200 的代碼)。

如果您對(duì) HC-06 的工作原理有任何疑問(wèn),請(qǐng)查看我的教程通過(guò)藍(lán)牙 / Android / Arduino 連接“東西” 。

為了控制 Roomba,我們將使用我開(kāi)發(fā)的通用應(yīng)用程序來(lái)控制移動(dòng)機(jī)器人,使用 MIT AppInventor 2:“MJRoBot BT 遠(yuǎn)程控制”。該應(yīng)用程序可以通過(guò)以下鏈接從 Google 商店免費(fèi)下載:應(yīng)用程序:MJRoBot BT 遠(yuǎn)程控制。

該應(yīng)用程序有一個(gè)簡(jiǎn)單的界面,允許您以文本模式或直接通過(guò)預(yù)編程按鈕(每次按下按鈕,發(fā)送一個(gè)字符)向 BT 模塊發(fā)送命令:

  • w:前鋒
  • s:向后
  • d: 對(duì)
  • 一:左
  • f:停止
  • p:開(kāi)/關(guān)(第一部分未使用)
  • m:手動(dòng)/自動(dòng)(用于在安全模式下發(fā)現(xiàn)懸崖等障礙物時(shí)重新啟動(dòng) Roomba)
  • +:速度 +
  • -: 速度 -

如有必要,您還可以將其他命令作為文本發(fā)送。還有一個(gè)文本窗口,用于顯示從 BT 模塊接收到的消息。此功能在測(cè)試階段非常重要,可以像“串行監(jiān)視器”一樣使用。

代碼的loop()部分將“監(jiān)聽(tīng)”藍(lán)牙設(shè)備,并根據(jù)收到的命令采取行動(dòng):

void loop() 
{
   checkBTcmd();  // verify if a comand is received from BT remote control
   manualCmd ();
}

函數(shù)checkBTcmd()如下所示:

void checkBTcmd()  // verify if a command is received from BT remote control
 { 
    if (BT1.available()) 
    { 
      command = BT1.read();
      BT1.flush();
    }
 }

一旦收到命令,函數(shù)manualCmd()將采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng):

void manualCmd()
{
  switch (command)
  {
    
    case 'm': 
      startSafe();
      Serial.print("Roomba in Safe mode");
      BT1.print("Roomba BT Ctrl OK - Safe mode");
      BT1.println('\n');
      command = 'f';
      playSound (3);
      break;
    case 'f': 
      driveStop(); //turn off both motors
      writeLEDs ('s', 't', 'o', 'p');
      state = command;
      break;
    case 'w':  
      drive (motorSpeed, 0); 
      writeLEDs (' ', 'g', 'o', ' ');
      state = command;  
      break;
    case 'd':     
      driveRight(motorSpeed);
      writeLEDs ('r', 'i', 'g', 'h');
      break;
   case 'a': 
      driveLeft(motorSpeed);
      writeLEDs ('l', 'e', 'f', 't');
      break;
    
    case 's':  
      drive (-motorSpeed, 0);
      writeLEDs ('b', 'a', 'c', 'k');
      state = command;
      break;
    case '+': 
      if (state == 'w')
      {
        motorSpeed = motorSpeed + 10;
        if (motorSpeed > MAX_SPEED) 
        { 
          motorSpeed = MAX_SPEED;
        }  
        command = 'w';
      } else {command = state;}
      break;
    case '-': 
      if (state == 'w')
      {
        motorSpeed = motorSpeed - 10;
      }     
      if (motorSpeed < MIN_SPEED ) 
      { 
        motorSpeed = MIN_SPEED;
      }
      Serial.println(motorSpeed); 
      command = state;
      break;
  }
}

第 8 步:結(jié)論

此處使用的完整 Arduino 代碼和相關(guān)文檔可以在我的GITHUB:Roomba_BT_Ctrl中找到。

請(qǐng)注意,并非所有 Roomba 執(zhí)行器都對(duì)本教程進(jìn)行了評(píng)論。還有其他用于清潔的電機(jī),用于日程安排的其他 LED、按鈕、傳感器等。

我在我的程序中創(chuàng)建的幾個(gè)函數(shù)基于 Dom Amato 開(kāi)發(fā)的 Create 2 庫(kù)。您可以在以下位置下載完整的庫(kù):https ://github.com/brinnLabs/Create2 。

我的目的是保持簡(jiǎn)單,并為您提供一個(gè)開(kāi)始使用 Roomba 的平臺(tái)。將來(lái),我會(huì)假裝發(fā)布其他教程,使用 Raspberry-Pi,將 Roomba 連接到互聯(lián)網(wǎng),讀取其傳感器等。

一如既往,我希望這個(gè)項(xiàng)目可以幫助其他人在電子和機(jī)器人這個(gè)激動(dòng)人心的世界中找到自己的道路!

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