使用Arduino的手勢控制機器人

在這個項目中，我們使用Arduino設計了一個簡單的手勢控制的機器人。這個手勢控制機器人是基于Arduino Nano、MPU6050、射頻發射器-接收器對和L293D電機驅動器。

盡管標題說是手勢控制機器人，但從技術上講，這個機器人是由手的傾斜度控制的。

前言

機器人是一個由計算機程序操作的電子機械系統。機器人可以是自主的或半自主的。自主的機器人不受人類的控制，通過對環境的感知來決定自己的行為。

大多數工業機器人是自主的，因為它們需要以高速和高精確度進行操作。但有些應用需要半自主或人類控制的機器人。

一些最常用的控制系統是語音識別、觸覺或觸摸控制和運動控制。

經常實現的運動控制機器人之一是手勢控制的機器人。在這個項目中，使用MPU6050開發了一個手勢控制機器人，它是一個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器人的運動。

該項目基于無線通信，手勢的數據通過射頻鏈接（射頻發射器-接收器對）傳輸給機器人。

該項目分為發射器和接收器部分。發送器和接收器部分的電路圖和元件將分別解釋。

手勢控制機器人的原理

為了理解手勢控制機器人的工作原理，讓我們把這個項目分為三個部分。

第一部分是通過Arduino從MPU6050加速器陀螺儀傳感器獲取數據。Arduino不斷從MPU6050獲取數據，并根據預定的參數，將數據發送到射頻發射器。

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

最后，項目的第三部分是對射頻接收器收到的數據進行解碼，并將適當的信號發送至電機驅動IC，從而激活機器人的車輪電機。         

手勢控制機器人的方框圖

下面的圖片顯示了發射器和接收器部分的手勢控制機器人的簡單框圖。

發射器方框圖

接收器方框圖

發射器部分的電路圖

下圖顯示了手勢控制機器人項目發射器部分的電路圖。

發射器部分的元件

Arduino Nano

434MHz射頻發射器

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電機驅動IC

HT-12D解碼器IC

434MHz射頻接收器

33KΩ電阻

330Ω電阻

LED

4個帶輪子的齒輪馬達

機器人底盤

部件描述

MPU6050

MPU6050是愛好者和發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個自由度（3軸加速器和3軸陀螺儀）。

射頻發射器和接收器模塊

發射器和接收器之間的通信是使用射頻模塊。在這個項目中使用了一對434MHz的發射器和接收器。

HT-12E

它是一個編碼器集成電路，將4位并行數據轉換為串行數據，以便通過射頻鏈路進行傳輸。

HT-12D

它是一個解碼器IC，將射頻接收器接收到的串行數據轉換成4位并行數據。這個并行數據可以用來驅動電機。

帶有編碼器和解碼器的射頻鏈接

手勢控制機器人的電路設計

發射器部分

機器人的發射器部分由Arduino Nano板、MPU6050傳感器、HT-12E編碼器IC和一個射頻發射器組成。Arduino和MPU6050傳感器之間的通信是通過I2C接口進行的。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是一個編碼器集成電路，通常與射頻發射器模塊有關。它將12位并行數據轉換為串行數據。12位數據被分為地址和數據位。A0到A7（針腳1到針腳8）是地址位，它們用于數據的安全傳輸。這些引腳可以保持開放或連接到地（Vss）。在這個電路中，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的數據引腳。它們接收來自外部的4個字的并行數據，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，它是一個低電平有效引腳。只要TE'為低電平，數據就會被傳輸。因此，第14針（TE'）也被連接到地。

編碼器IC在16和15號引腳（OSC1和OSC2）之間有一個內部振蕩器電路。在這些引腳之間連接了一個750KΩ的電阻來啟用振蕩器。Dout（針腳17）是串行數據輸出針腳。它與射頻發射器的數據輸入引腳相連。

Arduino Nano和MPU6050都有3.3V穩壓器。因此，所有的VCC引腳都連接到一個穩定的5V電源。

接收器部分

機器人的接收部分包括一個射頻接收器、HT-12D解碼器、L293D電機驅動器和一個帶有四個輪子的電機的機器人底盤。

HT-12D是通常與射頻接收器相關的解碼器IC。它將射頻鏈路收到的串行數據轉換為并行數據。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號針腳（A0-A7和Vss）要接地。來自射頻接收器的串行數據被賦予解碼器IC的Din（針腳14）。

HT-12D有一個內部振蕩器，在OSC1和OSC2（16和15腳）之間連接一個33KΩ的外部電阻。17腳（VT）表示數據的有效傳輸，當數據引腳上出現有效數據時，該腳將為高電平。一個與330Ω電阻串聯的LED被連接到這個引腳，以指示有效的數據傳輸。

HT-12D的10至13腳（D8、D9、D10和D11）是并行數據輸出腳。它們被連接到L293D電機驅動IC的輸入引腳（分別為2、7、10和15腳）。

L293D電機驅動芯片用于為電機提供必要的電流（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，與四個電機相連。

第8針是電機電源針，連接到一個單獨的電源。因此，在接收器部分你需要兩個電池；一個用于電路，一個用于電機。

手勢控制機器人的工作

在這個項目中，我們設計了一個由手勢控制的移動機器人。這里解釋一下該機器人的工作。

如前所述，手勢控制機器人是一種無線操作的機器人，有兩個部分： 發射器和接收器。當機器人通電后，由Arduino、MPU6050、編碼器和射頻發射器組成的發射器部分將持續監測MPU6050傳感器。

這些數據被Arduino捕獲，然后根據MPU6050傳感器的方向，將相應的數據傳送給編碼器。編碼器收到的并行數據被轉換為串行數據，該串行數據由射頻發射器傳輸。

在接收部分，射頻接收器接收串行數據并將其傳送給解碼器IC。解碼器將串行數據轉換為并行數據，并將此并行數據提供給電機驅動IC。基于這些數據，電機的運動，以及機器人的運動被定義。

應用

無線控制機器人在許多應用中非常有用，如遠程監控、軍事等。

手勢控制機器人可以被坐在輪椅上的殘疾人使用。

可以開發手勢控制的工業級機器人手臂。

到目前為止，你已經知道了手勢控制機器人，它完全根據你的手的時刻（對設備的輸入標志）來移動。如果你正在尋找一個類似的低預算設備，那么機器人吸塵器最適合你，因為它有更大的功能來清潔你的家。