Robot Telepresence Snap Circuits: 9 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Prázdniny v roce 2020 jsou trochu jiné. Moje rodina je rozložena po celé zemi a kvůli pandemii se nemůžeme sejít na dovolené. Chtěl jsem způsob, jak přimět prarodiče, aby se cítili součástí naší oslavy díkůvzdání. Telepresenční robot, jako je Double 3, by byl perfektní, kromě toho, že stojí 4 000 $. Říkal jsem si, jestli bych mohl postavit něco podobného za mnohem méně peněz.

Snap Circuits® RC Snap Rover® je dálkově ovládaný rover s elektronikou navrženou pro změnu a experimentování. Je to asi správná velikost, aby byla základem telepresence robota, a přišel jsem na to, že bych ho pravděpodobně mohl zapojit a ovládat z webu.

Kdybych mohl na rover namontovat tablet, měl bych telepresence robota, který by nechal prarodiče účastnit se naší oslavy! Mohli by se pohybovat po domě sami a komunikovat s různými lidmi, místo aby byli uvízli na jednom místě. Novinka by je také - a moje děti - mohla více zajímat než normální videohovor.

V noci před Dnem díkůvzdání jsem dostal robota do práce a byl to obrovský hit!

S běžnou elektronikou a trochou lehkého tesařství můžete také postavit telepresence robota. Není nutné pájení!

Zásoby:

Hardware

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Poznámka: „Deluxe“Snap Rover nepoužívá stejné části a nebude s touto příručkou fungovat. Pokud máte Deluxe Snap Rover, budete si muset zakoupit samostatný IC pro ovládání motoru

• Snap-to-Pin konektory
• Raspberry Pi Zero W nebo jiné zařízení s programovatelnými GPIO schopnými provozovat NodeJS
• Pouzdro pro Raspberry Pi (volitelně)
• GPIO Hammer Headers (female)
• Karta MicroSD (4 GB nebo větší)
• Baterie USB a kabel Micro-USB pro napájení Pi
• iPad nebo jiný tablet/telefon

• Různé dřevo:

  • 1 "x 48" dřevěná hmoždinka, řezaná na požadovanou výšku
  • 2x4, cca. 10 "dlouhý
  • 2 kusy výlisku 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 kusy šrotu 1x1 nebo podobného, cca. 3 "dlouhý
• Malá lepenková krabice, která slouží jako držák iPadu
• Nylonový popruh, cca. 6 '

Software

• Na roveru:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (testováno s neoficiálním 14.15.1 armv6 postaveným na Pi Zero W)
  • software pro dálkové ovládání pi-rover

• Na tabletu:

  Facetime, Zoom nebo jiný software pro videokonference

• Na vašem PC:

  Klient ssh (integrovaný v systému Mac + Linux; použijte něco jako PuTTY pro Windows)

Nástroje

• Vrtejte vrtákem o průměru 1"
• Horká lepicí pistole
• Kladivo
• Viděl
• Svinovací metr / pravítko

Pro uživatele (prarodiče atd.)

Děda nebo kdokoli obsluhující vozítko bude potřebovat následující:

Počítač se softwarem pro videokonference (FaceTime, Zoom atd.) A webovým prohlížečem

NEBO

Tablet/telefon s funkcí rozdělení obrazovky a softwarem pro videokonference

NEBO

• 2 zařízení:

  • Telefon, tablet nebo jiné zařízení se softwarem pro videokonference a
  • Druhé zařízení s webovým prohlížečem, které lze použít k ovládání prohlížeče, zatímco první zařízení je používáno pro video

Krok 1: Výběr hardwaru

K ovládání roveru z internetu jsem potřeboval malý počítač, který by mohl ovládat rover a fungovat jako webový server, aby prarodič měl přístup k roveru. Raspberry Pi Zero W se perfektně hodí. Je malý, má Wi-Fi a dostatek výkonu CPU pro provoz malého webového serveru. Navíc je to jen 10 $, což je levnější než prakticky všechny ostatní možnosti fandů. Dostal jsem své příslušenství Pi + od vynikajících lidí v Adafruit.

Krok 2: Příprava Pi: záhlaví

Řada vzdělávacích hraček Snap Circuits je jako LEGO® kostky pro elektroniku. Umožňují vám zapojit obvody bez pájení a jsou relativně bezpečné pro děti. Elektronické desky pro hobbyisty (jako Raspberry Pi) nabízejí řadu způsobů, jak věci zapojit, ale žádný z nich není kompatibilní se Snap Circuits.

Abychom to zvládli, nainstalujeme do Pi záhlaví a poté použijeme speciální propojovací vodiče „Snap to Pin“k připojení Pi k roveru bez jakéhokoli pájení.

Nainstalujte záhlaví kladiva do Pi podle pokynů k instalaci (označených „pro pHAT“). Je důležité používat ženské záhlaví; ty nám umožňují připojit propojovací vodiče.

Krok 3: Příprava Pi: Software

Raspberry Pi načítá svůj software z karty MicroSD. Nainstalujeme operační systém, poté spustíme Pi a nainstalujeme několik dalších nástrojů plus ovládací software pro rover.

1. Pomocí softwaru Raspberry Pi Imager do počítače stáhněte a nainstalujte Raspberry Pi OS Lite (32bitový) na kartu SD.
2. Tento tutoriál použijte k nastavení Pi v 'bezhlavém' režimu, bez použití klávesnice nebo obrazovky. Tím se Pi při prvním spuštění dostane do Wi-Fi.
3. Povolte protokol Secure Shell (ssh) na Pi pomocí kroků 3+4 z tohoto tutoriálu na SSH. Část o nastavení „X Forwarding“můžete ignorovat. To vám umožní přihlásit se k Pi, jakmile bude online.
4. Přesuňte kartu SD na Pi a spusťte pi. K napájení jsem použil baterii USB, ale v tomto kroku můžete k napájení z počítače použít také napájecí adaptér nebo kabel Micro-USB.
5. Najděte IP adresu Pi. Budete se muset připojit k Pi a později k ovládání roveru.

6. Přihlaste se k Pi z počítače. Část „Nastavit klienta“v kurzu SSH obsahuje podrobné pokyny. Nyní byste měli být přihlášeni k Pi:

   ssh pi@

7. Software pro dálkové ovládání používá nástroj s názvem NodeJS. Chcete -li nainstalovat NodeJS na Pi, spusťte přes SSH následující příkazy:

   wget

   tar xf node-v14.15.1-linux-armv6l.tar.gz export PATH =/home/pi/node-v14.15.1-linux-armv6l/bin/: $ PATH

8. Nyní byste měli mít na Pi nainstalován NodeJS. Chcete -li to vyzkoušet, spusťte

   uzel -v Po několika sekundách by měla vydat verzi NodeJS, například

   v14.15.1

9. Dále nainstalujeme software pro ovládání roveru, nazývaný pi-rover. To bude trvat několik minut:

   sudo apt-get install git

   git clone https://github.com/smagoun/pi-rover.git cd pi-rover npm install

10. Spusťte serverový software na Pi:

    uzel index.js

    Pokud vše půjde dobře, měli byste mít přístup k Pi prostřednictvím webového prohlížeče v počítači tak, že na IP adrese Pi přejdete na port 8080. Pokud je například IP adresa vašeho Pi 192.168.1.123, přejděte na

11. Ukončete serverový software pomocí Ctrl-C.

12. Chcete -li spustit server při každém spuštění Pi, nainstalujte soubor systémové služby:

    sudo cp pi-rover.service/etc/systemd/system/

    sudo systemctl povolit pi-rover.service

13. Jakmile je software otestován a funguje, vypněte jej, abychom mohli nainstalovat Pi do vozítka:

    sudo shutdown -h teď

Poznámka: Pokud se chystáte poskytnout přístup dalším lidem mimo vaši domácí síť (například dědečkovi, který je na Den díkůvzdání ve svém domě), budete muset nakonfigurovat router, aby odesílal provoz z vaší veřejné IP adresy na Pi. K tomu použijte podporu přesměrování portů.

Krok 4: Zapojte Rover

Snap Rover je dodáván s pokyny pro zapojení dálkového ovladače, které je součástí sady rover. Upravíme je tak, aby nahradily součást rádiového přijímače za Pi.

Příručka roveru obsahuje řadu obvodů. Začněte č. 1 („Night Rover“) a vytrhněte vše nalevo od sloupce 6. Tím zůstane na místě IC ovládání motoru, (4) 1kΩ odpory na vstupech do IC řízení motoru, posuvný spínač, a dráty vedoucí k roveru.

Krok 5: Připojte Pi k roveru

Pokud máte pouzdro pro Pi, ale ještě jste jej nenainstalovali, udělejte to nyní.

40pin konektor na Pi odhaluje velké množství funkcí. K připojení Pi k roveru použijeme několik univerzálních I/O pinů (GPIO). Je důležité zapojit to přesně podle obrázku; Nesprávné zapojení riskuje poškození Pi nebo roveru.

1. Piny na Pi jsou očíslovány 1-40. Stojí za to zkontrolovat pinout, abyste pochopili, jak jsou rozloženy.

2. Pomocí konektorů Snap-to-Pin připojte následující 4 GPIO k rezistorům na vstupech IC ovládání motoru:

   1. Pin 11 (GPIO 17) k odporu na LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) k odporu na LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) k odporu na RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) k odporu na RB
   5. Použijte ještě jeden konektor Snap-to-Pin pro připojení zemnicího kolíku (Pin 14) od Pi k zemi (-) na roveru. Ačkoli máme 2 samostatné napájecí zdroje (rover používá 9 V a Pi používá 5 V z baterie USB), obě strany jsou elektricky propojeny a pro fungování obvodu potřebujeme společnou zem.

Krok 6: Sestavte držák tabletu

Připojení tabletu vyžaduje vyvážení několika konkurenčních potřeb:

• Tableta by měla být dostatečně vysoko ve vzduchu, aby mohla interagovat se stojícími dětmi a dospělými.
• Rover musí být dostatečně stabilní, aby se při řízení nemohl převrhnout.
• Tablet by měl být připevněn co nejblíže ke středu vozítka, aby byla zajištěna stabilita a plynulý zážitek z jízdy.
• Horní část roveru není navržena tak, aby k ní bylo připevněno něco jiného než Snap Circuits, a neexistuje skvělý způsob, jak na ni zatížit, aniž byste riskovali poškození součástí.

Část 1: Budování mostů

Vrcholem roveru je plastová mřížka s nerovnostmi určenými k zajištění elektronických součástek. Umístění zátěže přímo na mřížku by nebylo stabilní a mohlo by mřížku poškodit. Rozhodl jsem se postavit jakýsi most přes základnu s podpěrami, které sedí mezi hrboly na mřížce, a hmoždinou připevněnou k horní části mostu. K upevnění sestavy můstek + hmoždinka k tělu roveru jsem použil nylonový popruh.

1. Uřízněte 2x4 až asi 10 "dlouhý; měl by být delší, než je rover široký, abychom ho mohli bezpečně připoutat k roveru.
2. Odřízněte pár 8 "kusů z tvarovacích pásů 1/4". Ty pomohou stabilizovat držák tabletu a zabrání jeho kolébání dopředu a dozadu.
3. Lepicí lišty přilepte na 2x4. Pásy by měly být rozmístěny tak, aby zapadly do drážek mřížky, mezi hrbolky (od sebe asi 5 "). Pásy by měly být namontovány tak, aby spodní část 2x4 ležela nad elektronikou.
4. Odřízněte pár 3 "kusů z 1x1 a přilepte je do rohů, kde se formovací pásy setkávají s 2x4. Cílem zde je zabránit tomu, aby se formovací pásy pod bočním tlakem odtrhly od 2x4.
5. Pomocí 1 "rýčového bitu vyvrtejte otvor pro hmoždinku v horní části 2x4. Díra nemusí projít celou skrz 2x4; ve spodní části otvoru nechte neporušené asi 1/8" dřeva na podporu hmoždinky. Otvor by měl být odsazen směrem k jednomu okraji 2x4, aby na druhé straně zůstal prostor pro nylonový popruh. Přilepte hmoždinku do otvoru a ujistěte se, že je svislá.

Poznámka: Menší hmoždinka by mohla fungovat. Vybral jsem průměr 1 , abych zajistil, že bude dostatečně tuhý na tlumení oscilací. Nechcete, aby dědečkovi z auta běhal mráz po zádech!

Část 2: Držák tabletu

Potřeboval jsem lehký, ale robustní způsob, jak připevnit tablet k horní části hmoždinky. Samotná tableta by měla být držena co nejblíže hmoždinky, aby její váha nepůsobila jako páka pokoušející se převrátit rover. Poté, co jsem krátce zvažoval stavbu krabice z lehkého dřeva, jako je lípa, rozhodl jsem se pro nenákladný způsob řezání kartonu vhodné velikosti. Našel jsem krabici asi 10 x 12 palců x 1 palců. Odřízněte jeden konec, aby se tablet mohl zasunout, a na jedné straně vyřízněte obdélníkový otvor, aby byla vidět obrazovka tabletu. Držák tabletu zajistěte horkým lepidlem do horní části hmoždinky.

Krok 7: Připoutejte se

K roveru musíme připevnit držák tabletu. Rover na to není určen a neexistují žádné vhodné možnosti montáže. Rozhodl jsem se zajistit držák pomocí dlouhého nylonového popruhu omotaného kolem obou os (nikoli náprav!) Roveru. Tím se zabrání naklápění držáku dopředu, dozadu nebo na kteroukoli stranu. Ujistěte se, že popruh nevyvíjí tlak na žádné elektrické součásti, a ujistěte se, že je pevně přitažen a zajištěn, aby se nemohl uvolnit.

Krok 8: Začněte rovingovat

Jakmile je držák tabletu připevněn k roveru, zapněte Raspberry Pi a rover. Jakmile bude Pi online, přihlaste se do webového rozhraní (např. Http://192.168.1.123) a do pole „Požádat o kontrolu“. Nyní byste měli být schopni jezdit! Rover může řídit vždy jen jedna osoba, takže se vzdejte kontroly nad vozítkem, než to zkusí někdo jiný.

Pokyny pro prarodiče

Jakmile bude rover online, zavolejte dědečkovi (nebo babičce!) Na FaceTime. Jakmile to zvednou, nechte je otevřít webový prohlížeč a přejděte na svou veřejnou IP adresu. V závislosti na tom, jaký telefon/tablet/počítač používají, možná budou muset přejít do režimu „rozdělené obrazovky“nebo použít druhé zařízení.

Jakmile načtou webovou stránku, mělo by se jim zobrazit ovládací rozhraní roveru. Nechte je požádat o kontrolu. Nyní mohou komunikovat se zbytkem rodiny, jako by tam byli!

Krok 9: Budoucí vylepšení

Tento design není dokonalý. Některá možná vylepšení:

• Stabilizátory pro vozítko, aby se nepřevrátil tak brzy, když na něj narazí dítě, domácí zvíře atd.
• Způsob, jak zabránit vozidlu narazit do věcí (řidič se nemůže dívat dolů!)
• Více jemnosti v ovládání softwaru pi-rover. Právě teď jsou napevno zakódováni na něco, co pro nás fungovalo dostatečně dobře.
• Vložte nástroj pro videokonference na webovou stránku, aby babička k používání roveru nepotřebovala 2 zařízení