Construa um Spybot Controlado por Bluetooth com Arduino

Componentes e Materiais

• 1x Arduino UNO
• 1x Módulo Bluetooth HC-06
• 1x Proto Shield Arduino (ou qualquer protoboard soldável com headers)
• 1x Shield Motor/Stepper/Servo Adafruit V2
• 1x Servo de rotação contínua SM-S4306R
• 4x Motor DC (genérico)
• 4x Pneu para motor
• 8x Fios jumper (para motores)
• 2x Suporte 4x pilhas AA
• 8x Pilhas AA
• 1x Celular (usado Nokia Lumia 520)
• 1x Suporte para celular
• 1x Chassi personalizado (madeira simples)

Aplicativos e Serviços Online

• Johnny-Five (framework JavaScript para robótica com Arduino)

Sobre o Projeto

Introdução

Este é um carro simples de quatro rodas controlável via conexão Bluetooth. O carro comporta qualquer celular que pode ser usado como câmera IP. Decidi fazer este robô com JavaScript usando um servidor web Node.js onde posso monitorar para onde o robô vai.

O circuito das partes principais pode ser visto na Figura 1.

Após iniciar o servidor, obtenho uma tela com introdução sobre controles e janela para visualização da câmera (Figura 2). O layout é responsivo.

O Chassi

Nesta versão, decidi fazer o chassi próprio. Se não tiver furadeira ou quiser solução mais fácil, pode comprar carcaças plásticas prontas.

Fiz meu próprio chassi e não foi tão fácil quanto parece. A regra mais importante: coloque os pneus o mais próximo possível uns dos outros se quiser usar direção diferencial para virar. Erros principais e regras básicas de física em: 4-Wheel-Drive Robot Design.

Outro desafio: como fixar os motores DC ao chassi. Não tinha peças especiais, então usei abraçadeiras de cabo (150/3,5). Para fixação adequada dos pneus, precisei furar furos o mais precisos possível e usar 2 abraçadeiras por motor. Infelizmente, há chance de os motores não ficarem perfeitamente retos e o carro tender a puxar para esquerda ou direita ao controlar frente/trás.

As Baterias

Para alimentar placas e motores, escolhi uma única fonte DC. O chassi não tinha espaço para suporte de 8 pilhas AA, então precisei personalizar: fixei dois suportes de 4x AA com 2 parafusos um no outro, furando o plástico.

Alimentação

Alimento o Arduino Uno com 8 pilhas AA recarregáveis. Isso basta para alimentar o shield motor também. Há um jumper removível no shield para que ele não receba energia do Arduino. Nesse caso, pode alimentar o shield separadamente usando os pinos de alimentação nele. Opções de alimentação em: Adafruit Motor Shield V2 - Powering Motors.

Conexão Sem Fio

Usei módulo Bluetooth HC-06 para conectar o carro ao computador. Queria usar o mínimo de cabos, então construí um shield Arduino personalizado colocando o módulo Bluetooth em um proto shield vazio, fiz a fiação sob o shield e soldei headers para fixação correta. Veja resultado nas Figuras 3 e 4. Vantagem: pode desacoplar o módulo Bluetooth do shield a qualquer momento pois não é soldado à placa.

Para configurar o módulo Bluetooth, siga instruções em: Johnny-Five Bluetooth Setup.

Movimento

O robô move frente, trás e vira usando direção diferencial. O suporte da câmera está acoplado a um servo de rotação contínua para olhar ao redor com o celular sem mover o carro.

Celular

Usei Nokia Lumia 520 com aplicativo Win IP Camera (disponível na Microsoft Store: Win IP Camera).

Sobre o Código

Como desenvolvedor JavaScript, criei um servidor web Node.js para a página de controle e usei bibliotecas para aparência e sintaxe. Código completo no GitHub.

Usei modularização tanto no frontend quanto backend. Ponto de entrada da aplicação:

var boardModule = require('./src/boardModule'),
    servoModule = require('./src/servoModule'),
    motorModule = require('./src/motorModule');

boardModule.initBoard().then(function() {
  motorModule.initMotors();
  servoModule.initServo();
});

No frontend, também separação por módulo:

import {moveWheels, stopWheels} from './wheelsControl';
import {moveServo, stopServo} from './servoControl';

document.onkeydown = checkKeyDown;
document.onkeyup = checkKeyUp;

function checkKeyDown(e) {
  moveWheels(e.keyCode);
  moveServo(e.keyCode);
}

function checkKeyUp(e) {
  stopWheels(e.keyCode);
  stopServo(e.keyCode);
}

Bibliotecas de Software

• express.js - aprimorar aplicação Node.js
• johnny-five - API JavaScript para controle Arduino
• socket.io - websockets para comunicação backend-frontend
• susy - layout e design responsivo
• google material design - elementos Material Design
• gulpJS - automação de tarefas
• BabelJS - transpilação ES6
• Browserify - suporte a módulos

Considerações Finais

Sou iniciante no mundo IoT e este é meu primeiro projeto. Não afirmo ter usado soluções ótimas, mas espero que encontre informações úteis neste guia.

Código

Repositório GitHub: https://github.com/dominikfilkus/arduino-spybot-V2

Esquemáticos

Arquivo Fritzing: arduino-spybot.fzz