虚拟迷宫求解机器人开源分享

描述

自动驾驶汽车现在是最热门的话题。爱好者尝试使用树莓派和计算机视觉技术制作它们。这是一种方法。制造自动驾驶汽车的另一种更简单的方法是线路跟随器、路径跟随器、迷宫求解机器人。这种机器人遵循在特定环境的地板上绘制的特定颜色线。我们可以使用相机或红外传感器制作它们。如果我说我不想在地板上画任何线，我希望它在隐形线上运行。这实际上是我在这里所做的。这个虚拟迷宫解算器/路径跟随机器人遵循来自远程 PC 的路径。所以机器人没有任何传感器，它只是从 PC 获取坐标——另一个软件机器人试图解决难题——硬件机器人/汽车的移动方式与软件机器人汽车的移动方式相同。现在让我分享一下我是如何做到这一点的。

部分：

硬件 -

电子产品 -

• Arduino Nano（任何板都可以，但我的PCB支持）- 1x

• L298n 电机驱动模块（用于电机控制操作） - 1x

• 电机 - 4x

• 车轮（与电机兼容） - 4x

• HC05 蓝牙模块（发送/接收数据） - 1x

• 我制作的多功能机器人PCB（点此查看）- 1x

• 一些公母头针

• 焊线（在PCB上焊接东西）

使身体 -

• PVC 板（您可以使用任何板甚至纸张，我喜欢使用它们）

• 热胶和胶枪

软件 -

• Arduino.ide

• Python3（别担心，我会指导如何安装）

而已。现在让我们看看一切将如何运作。

原则（一切如何运作）

很简单，机器人将是一辆蓝牙控制的机器人汽车。python代码将在计算机上加载地图/迷宫并尝试解决它。硬件机器人将使用蓝牙从 Python 程序中获取数据并相应地移动。

python程序将通过比较颜色值来查找路径。我们的地图将包含白色路径。只要有一个白色像素，软件汽车就会前进，硬件机器人也会前进。现在让我们来吧。

制作机器人底盘

我拿了两张PVC片材，根据我的需要剪下来。你想怎么做是你的选择。切割板/床单后，我放置电机，用适当的电线连接它们。同一侧的两个电机作为一个电机，因此它们连接在一起。在图 6 中，我使用了一些母对母跳线将电机控制引脚连接到 PCB。之后，我添加了两个蓝色 PVC 件来装饰车身并连接轮子。

电路图和PCB

我使用EasyEDA 设计了电路。这很简单，我留下了除了 A4、A5（用于 I2C 通信）之外的所有模拟引脚，并添加了 SD 卡读卡器、蓝牙模块和 Arduino nano 的位置。蓝牙模块由跳线隔开（上传数据时，我们需要断开它）。我们不需要电阻，因为 Arduino 只会接收数据，不会写入。

之后，我从PCBWay.com 打印了 PCB。我发现他们的服务非常令人印象深刻。由于他们以更少的钱提供优质产品，我更喜欢将他们的服务用于我的 PCB。我去了pcb快速订购并上传了gerber文件。一切都是由网站自动完成的。在他们的工程师检查了我的 PCB 后，我在 3 天内付款并将它们从中国运到孟加拉国。质量令人惊叹，阻焊层，线条，玻璃般的外观一如既往地让我感到惊讶。

从这里获取 PCB 。

连接：

我连接了

• 左电机至 D5、D6

• 右电机至 D3、D4

蓝牙模块连接在专用端口上，但要准确

• VCC 至 5v

• 接地到接地

• 发送到 Arduino Rx

• Rx 到 Arduino Tx

你发什么，我收什么。所以Arduino的接收引脚（Rx）连接到蓝牙模块发送引脚（Tx）。

之后，从电机驱动模块为 PCB 供电。我总是喜欢在我的机器人项目中使用 7.4V 电源。两个锂电池就可以完成这项工作。3.7+3.7=7.4V，非常适合此类项目。

所以现在我们的蓝牙机器人已经准备好了。下一步是对其进行编程。

编程1：Arduino代码

现在是时候将程序上传到机器人了。由于蓝牙模块连接在硬件串行上，我在上传代码之前拔下了跳线。

首先，我定义了电机连接的引脚 -

// 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() 函数中将电机引脚声明为输出 -

 // 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从蓝牙模块接收数据 -

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

它检查蓝牙模块所连接的串行端口的字节数据。

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

如果它收到 -

• 'f' 前进

• 'b' 向后

• l' 代表左和

• 'r' 表示正确的动作

每个电机都有两个引脚。如果我们需要将它们运行到一个方向，我们需要将一个引脚设为高电平，另一个引脚设为低电平。如果它们同时为高或低，电机将不会旋转。请参阅此示例以将汽车向前移动 -

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

通过这种组合，我们可以使机器人工作。

从 github 下载代码或从下面复制。我更喜欢下载以避免错误。

/* ** 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);
 }
}

现在使用 Arduino.ide 上传代码并继续下一步。

Programmin2：Python 代码

我想你的电脑上安装了 python。如果没有，请转到并安装最新的稳定版 python。我使用 Python3.7.1，因为我发现它最稳定。在下载下载可执行安装程序时，双击它进行安装，然后单击“将python添加到环境变量路径”框，否则您将陷入灾难。

无论如何，现在让我们谈谈python程序。

我需要这个程序的两个库，pygame 和 pySerial。我像这样从命令提示符安装它们 -

$ pip install pygame
$ pip install pySerial

您在顶部看到的两个图像是迷宫和软件汽车。python程序读取它们-

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

要将数据从 PC 发送到 Arduino 蓝牙，我首先将蓝牙模块连接到我的 PC。步骤是 -

• 打开蓝牙

• 转到控制面板>设备管理器

• 搜索新设备

• 使用密码添加设备 (HC05) [默认密码为“0000”或“1234”]

而已。然后单击设备属性以获取端口号。在 HC05 中，在 py PC 中它位于“COM8”中。所以python像这样连接 -

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

为了让机器人先检查周围环境，我找到了汽车的中心，然后检查了周围环境——

# 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))

代码的其余部分是检查周围环境并转动或移动汽车。如果它向前或任何方向，它会通过这样的串行端口（字节数据）将该数据发送到 Arduino -

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

现在从 github 下载完整代码或从下面复制 -

"""
   ** 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

通电，我们走吧

我使用两节 18650 电池为机器人供电。然后运行 ​​Python 程序。它的表现如何？你可以在视频中看到。

这个机器人最好的部分是你不需要不时更改机器人的代码。您只需要相应地更改 python 程序。而已。

未来范围：

该机器人可用于带有一些板载传感器的行业，以确定错误或滑出路径并避开障碍物。天空是极限，你的大脑是主人。

谢谢你。