Python + ESP32 DIY炫酷的物联网远程机械臂

Posted 2022-06-15 HaaS技术社区

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Python + ESP32 DIY炫酷的物联网远程机械臂相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1、简介

1.1、背景

机器人和人工智能是目前很热门的两个学科，未来也是被很看好的行业之一，而机械臂就是通往机器人和人工智能的基础。本机械臂是入门级的自由度金属机械手臂，主要包括舵机驱动板、金属机械手臂支架和四个金属齿轮舵机，同时结合HaaS开发框架，就可以通过远程控制机械臂的一些基础动作啦。

本课程就手把手教开发者如何自制一台远程控制机械臂。

本课程的理念：希望开发者学习完本课程以后，可以模仿本案例，打造出属于自己的机械臂，知道其运作原理，然后通过不断挖掘，打造更加智能增加进阶的智能机器人。

1.2、准备

本案例打造需要如下硬件：

NodeMCU-32S一台
Servo舵机四个
PCA9685多路PWM传感器一个
机械臂一套
杜邦线若干
外部6-12V直流电源
Micro-USB数据线一条

硬件连线图如下图所示：

根据ESP32的硬件连线图，可以得知机械臂驱动板是PCA9685是I2C总线连接，另外机械臂驱动板需要一个6-12V直流电源单独供电。

2、物联网平台开发

对于第一次使用物联网平台的读者，需要开通实例以使用物联网平台的功能。这里可以使用免费的公共实例进行开发。

在物联网平台中，左上角选择“华东2-上海”，点击“公共实例”，即可开通。

开通物联网平台功能之后，需要完成下面的3个步骤完成云端设备的设定：

创建云端产品
创建产品属性（物模型）
创建云端设备（获取三元组）

2.1、创建云端产品

点击上图中的“公共实例”，即可进入控制台进行产品创建。然后，点击创建产品按钮，如下图所示。

在新建产品设定页面按照下图所示，设定“产品名称”，选择所属的“自定义品类”（如果创建的产品品类为标准品类，可以选择标准品类），节点类型选择“直连设备”，联网方式选择“Wi-Fi”，数据格式选择“ICA标准数据格式”，检验类型和认证方式选择默认设定即可。还可以根据开发者自己的需求在“产品描述”页面添加针对此产品的描述。

选择之后，点击“确认”按钮，即可完成产品创建。返回“产品”页面之后可以看到产品类表中会出现刚刚创建的“机械臂”的产品，如下图所示。

2.2、创建产品属性（物模型）

点击上图中的“查看”按钮，即可看到产品信息，Topic列表，功能定义，数据解析等跟产品相关功能的设定。点开“功能定义”标签页，可以看到设备物模型定义，点击“添加自定义功能”，其中功能名称、标识符、数据类型和定义如下所示。

标识符是设备端上报设备属性状态的消息中需要使用的标识符，并且只有在设备上报的属性内容符合“数据定义”中的数据取值范围的时候才会被物联网平台记录，否则会被物联网平台认定为非法属性而过滤掉。

产品及其物模型创建完成后就可以创建这个产品的设备了。

2.3、创建云端设备（获取三元组）

在产品列表页面中，点击“管理设备”，就会进到设备管理页面。

在“设备”页面点击“添加设备”按钮，如下图所示。

在“添加设备”页面中设定“deviceName”，这里开发者可以自己填入自己想设定的设备名称，也可以不填任何内容让系统自动生成设备名称，如下图所示。

设备添加完成后，点击“前往查看”按钮，就可以看到此设备端详细信息了。

设备信息中有两个信息需要和设备端开发相匹配：

三元组
物模型属性信息

2.4.1、获取设备三元组

如上图所示，点击“查看”按钮，就可以看到设备的三元组信息，三元组是物联网设备端和物联网云端设备相关联的唯一标识符，在设备端连接云端的时候会使用三元组信息和云端进行鉴权，鉴权通过之后云端会认为设备已激活并上线。

2.4.2、查看设备属性信息

设备详情信息页中的“物模型数据”标签页中可以看到设备的所有属性信息、设备时间上报情况及设备服务调用情况，如下图所示。待物联网设备按照设备属性对应的标识符上报设备属性的时候，本图片中的“机械臂控制“等属性值就会显示设备最新的属性信息。

创建产品和设备的过程是按照面向对象的思想进行设计的，其中创建产品可以看成是新建一个类，其中的物模型则是类的对象，创建设备则是进行类的实例化。

3、设备端开发

3.1、开发环境

在进行下一步之前请确保ESP32开发环境已经搭建完毕。详情请参考esp32开发环境的说明。

3.2、创建解决方案

如下图所示，在Haas Studio中创建项目。先选择左侧的“开发板型号”再从右侧的案例中选择“远程控制机械臂”案例点击“立即创建”即可。

下面是重点代码段落讲解：

PCA9685初始化以及控制

def pca9685_init():
    global robotDev

    i2cObj = I2C()
    i2cObj.open("pca9685")
    robotDev=pca9685.PCA9685(i2cObj)
    print('pca9865 inited')

def left_ctrl():
    robotDev.setServo(0,-pi/2)

def right_ctrl():
    robotDev.setServo(0,pi/2)

def front_ctrl():
    robotDev.setServo(1,-pi/2)

def back_ctrl():
    robotDev.setServo(1,pi/2)

def catch_ctrl():
    robotDev.setServo(3,-pi/2)

def uncatch_ctrl():
    robotDev.setServo(3,0)

云端控制机械臂

# 设置props 事件接收函数（当云平台向设备下发属性时）
def on_props(request):
    payload = ujson.loads(request['params'])
    # print (payload)
    # 获取dict状态字段 注意要验证键存在 否则会抛出异常
    if "operate_machine" in payload.keys():
        value = payload["operate_machine"]
        if value == 1:
            left_ctrl()
            print("左移")
        elif value == 2:
            right_ctrl()
            print("右移")
        elif value == 3:
            front_ctrl()
            print("前移")
        elif value == 4:
            back_ctrl()
            print("后移")
        elif value == 5:
            catch_ctrl()
            print("夹住")
        elif value == 6:
            uncatch_ctrl()
            print("放开")
        else:
            print("No operate")

4、运行结果

4.1、设备端运行效果

推送此脚本到ESP32之后，运行此脚本，ESP32串口会周期性的打印如下日志。其中：

pca9865 inited!”说明pca9865初始化完毕
“start”说明加湿器模块打开
“stop”说明加湿器模块关闭

mount fs
 ==== python execute bootpy ====
enable OneMinuteOnCloud
 ==== python file check /data/pyamp/main.py ====
 ==== python execute from /data/pyamp/main.py ====
ssd1306 inited!
左移
后移
右移
前移
左移