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[项目] 【Arduino 动手做】ESP32 平衡机器人

所以，一段时间以来，我一直在研究一款基于 ESP32 的优秀步进电机、WiFi 连接平衡机器人，它也可以将所有内容都放在同一个 PCB 上。经过几次尝试，我终于有了一个足够好的版本，实际上它只是我在互联网上找到的一些令人惊叹的项目的组合。这个平衡机器人驱动得非常好，代码基于 electrical-pro 的项目，所有组件都在 PCB 上，本教程中解释了所有内容，您还可以在下面找到零件列表。因此，如果您想制作类似的机器人，请按照本教程进行作。目前只有 Android 版本的控制器应用程序，它支持机器人控制和遥测。对于 iPhone 用户，只需打开浏览器并使用机器人的控制界面即可。那么，让我们看看它是如何工作的以及如何构建它。

用品
我们需要很多零件，但别担心，没有什么难买的。我们需要 ESP32 芯片、传感器、电机和一些其他组件，例如电阻器、电容器和 LED。检查下面的每个组件。如果链接未更新，只需在 eBay 上使用以下名称搜索组件即可。

对于机器人，我们需要：
2 x 电机： https://s.click.aliexpress.com/e/_AUzpWd
2 x 轮子（5mm 内孔）： https://s.click.aliexpress.com/e/_9idvRF
DVR8825步进电机驱动器： https://s.click.aliexpress.com/e/_9xnMc5
直流对直流转换器： https://s.click.aliexpress.com/e/_97wh9L
ESP32 ： https://s.click.aliexpress.com/e/_AnUQEp
MPU6050陀螺仪和加速度计模块：https://s.click.aliexpress.com/e/_A6SRW5
INA219电压和电流传感器：https://s.click.aliexpress.com/e/_9wVQ7L
排针： https://s.click.aliexpress.com/e/_A5RFzL
电解电容器： https://s.click.aliexpress.com/e/_9gdUYl
陶瓷电容器： https://s.click.aliexpress.com/e/_AfrfzL
电阻器： https://s.click.aliexpress.com/e/_A3BVAH
1N5822 肖特基二极管： https://s.click.aliexpress.com/e/_AZ47Tn
2P 5mm 螺丝丝接线端子： https://s.click.aliexpress.com/e/_ArnMyl
3D 打印部件

第 1 步：机器人原理图
机器人原理图
原理图只是 electrical-pro 的简化版本。首先，我们有电源块，用于调节 ESP32 模块的 5V。ESP32 芯片为 INA219、MPU6050 和 DRV8825 提供 3.3V 电压。为了控制电机，我们使用 2 个 DRV8825，它从 lipo 电池获取电力。lipo 电池只是一个典型的 3S1P RC 电池，这些电池的工作电压在 12.6 到 11.1 伏之间，这在我们的电源块中的 DC-DC 转换器的限制范围内。获取 PCB 和组件，然后按照原理图上的标记焊接 PCB。

第 2 步：焊接 PCB
这是我设计的 PCB，用于容纳除步进电机之外的所有组件。使用 Gerber 文件通过 PCBWay 或 JLCPCB 等服务打印 PCB。

Gerber 文件下载链接： https://supr.link/lIQMe

在焊接其余组件之前，请确保我们有良好的 5V 电压，否则我们可能会烧毁 ESP32 模组，因为我的 DC-DC 转换器的默认输出电压约为 10V。因此，将 MP1584EN DC-DC 转换器连接到电源，顺时针缓慢转动电压调节螺丝以降低输出电压，当输出电压达到 5V 时停止。

好的，此时我们可以将其余组件焊接到我们的 PCB 上。

第 3 步：ESP32 编程
首先，在此处下载代码：https://supr.link/DZjwK。它与原始代码基本相同，只是进行了一些修改以使其与我的原理图配合使用。要成功构建代码，您需要将 “lib” 文件夹中的所有库复制到 “C：\Users\My Username\Documents\Arduino\libraries” 中。

现在是配置机器人 AP 的好机会。在“defines.h”的前几行中，你会找到变量 ROBOT_NAME 和 AP_PASSWORD，如果你有多个机器人，每个机器人都应该有一个唯一的ROBOT_NAME。

之后，按照本教程构建并上传代码。对于我的 ESP32，我必须在 Tools ->Board 下选择“ESP32 Dev Module”。如果一切按预期进行，您应该会看到“已完成上传”消息。

此外，不要忘记上传草图数据，这是控制和设置页面正常工作所必需的。在 Arduino IDE 中，转到 Tools -> ESP32 Sketch Data Upload。该过程完成后，您应该会在 IDE 中看到“SPiFFS Image Uploaded”。

第 4 步：打印并构建框架
零件是从 DaveGun 设计的这个漂亮的框架修改而来的。原始文件在这里。

所有部件都使用 M3 8 毫米和 12 毫米螺栓组装在一起，这些螺栓直接拧入 3D 打印部件中，无需螺母。建议使用圆头螺钉。

对于机器人，我们需要：

M3 8 毫米 x 12 ： https://s.click.aliexpress.com/e/_AXVe77
M3 12 毫米 x 4：https://s.click.aliexpress.com/e/_AXVe77

我设计了这个简单的应用程序来控制平衡机器人。首次启动时，机器人将使用 SSID “平衡机器人” 和密码 “12345678” 配置为 AP（接入点）模式。将您的 WiFi 连接到此接入点。建立连接后，打开应用程序，应该会看到来自机器人的遥测数据，包括速度、电压、功率......等，如果没有，只需按 Connect 按钮手动连接。

请注意，在没有互联网的情况下连接到 WiFi 在某些设备上可能不起作用。

如果您使用的是 iPhone，则内置的 Web 界面是控制和设置机器人的唯一方法。连接到机器人的 AP 后，打开浏览器并访问以下页面：

机器人控制： http://192.168.4.1/control.htm
机器人设置： http://192.168.4.1/index.htm
由于某种原因，控制界面在 Firefox 上无法正常工作。

第 6 步：最后步骤
最后，是时候添加车轮和电池了。首先，确保使用 Balancing Robot Controller 应用程序或 Web 界面校准陀螺仪和加速度计。然后检查步进电机是否以正确的方向旋转。PCB 上有一个小箭头指向机器人的前部，当您将机器人向前倾斜时，两个电机都应向前旋转。一旦一切都设置正确，装上轮子并连接电池，机器人应该在几声哔哔声后开始自我平衡。

第 7 步：比赛！
控制这个机器人的最好方法是使用 App。如果同一空间内有多个机器人，请确保为每个机器人设置不同的 SSID。玩得愉快！

【Arduino 动手做】ESP32 平衡机器人图1