SOLARBOI - solární rover 4G, vydejte se objevovat svět!: 3 kroky (s obrázky)

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

Od mládí jsem vždy rád zkoumal. Za ta léta jsem viděl mnoho sestav aut na dálkové ovládání ovládaných přes WiFi a vypadaly dost zábavně. Ale snil jsem o tom jít mnohem dál - ven do skutečného světa, daleko za hranice mého domu, mé ulice nebo dokonce mého předměstí. Toužil jsem postavit robota, který by mohl jít mnohem dál. Za tímto účelem jsem připravil robota vybaveného kamerou, datovým připojením 4G a solárním systémem, který by umožňoval mise dlouhé dny, týdny nebo dokonce měsíce. Nyní pravidelně streamuji živé mise na Twitch.tv a SOLARBOI se podílí na tom, že se snaží jít dále do australského venkova, než jakýkoli jiný robot! Cílem společnosti SOLARBOI je zůstat v australském venkovském městě a navigovat se ven, na venkov a do dalších destinací. Při své misi nemůže obdržet žádnou externí pomoc, jinak se má za to, že selhal. Musí si razit cestu, kilometr po kilometru, během dnů a týdnů, při nabíjení se spoléhat pouze na slunce a na komunikaci zpět na základnu 4G síť. I když základy projektu zní jednoduše, jeho zvládnutí je neuvěřitelně těžké! Tato příručka slouží k vysvětlení základů fungování SOLARBOI a představuje nápady, jak nejlépe vytvořit robotickou platformu, která dokáže přežít venku celé týdny. Není to přesná příručka krok za krokem, jak si vytvořit vlastní; místo toho je to odrazový můstek, který můžete použít k prozkoumání svých vlastních sestav a návrhů.

Krok 1: Krok 1: Hardware

Nejprve budete pro svého robota potřebovat podvozek. Během mnoha experimentů s návrhy 3D roverů vytištěných jsem se rozhodl použít drahocennou hračku z dětství. Radio Shack RAMINATOR vypadal skvěle, s velkými pneumatikami, pohonem všech čtyř kol a funkčním odpružením. I když je to optimalizováno pro rychlost nad točivým momentem, rozhodl jsem se, že to bude dobře fungovat jako základ mého projektu roveru. Poté, co jsem vytrhl hardwarový RC hardware, nahradil jsem Hobbyking kartáčovaný ESC motoru, zatímco jsem odstranil původní nastavení řízení a nahradil ho odolným servem. Byly nainstalovány lithium -polymerové baterie, které dávají SOLARBOI energii jezdit několik hodin v kuse.

Vzhledem k tomu, že se mechanika nedostala z cesty, je dalším důležitým faktorem ovládání a řízení. Za tímto účelem jsem se usadil na Raspberry Pi Zero. Navržen tak, aby usrkával malé množství energie, je kompatibilní s periferiemi USB a je ideální pro projekt připojený k internetu. Jako bonus funguje dobře s periferií kamery Raspberry Pi, která je klíčem k tomu, abychom měli výhled na okolí robota, když jsme venku. Pro SOLARBOI jsem si vybral objektiv fotoaparátu s rybím okem, který nám poskytl pěkný širokoúhlý pohled, který nám pomohl navigovat po celém světě. Pro připojení zpět na domovskou základnu se spoléháme na 4G dongle, který nám dává velkou šířku pásma, kterou potřebujeme k odesílání příkazů robotovi a zpětnému přijímání videa.

Solární energie je klíčem k poslání SOLARBOI, odtud název. 20W solární panel je vybaven tak, aby co nejvíce využíval slunce, a to i ve dnech, které jsou více zatažené než slunečné. Používá se k nabíjení baterií během dne, takže SOLARBOI pak může v noci jezdit, pryč od zvědavých očí a škodlivých vetřelců. Očividně, i když Pi Zero běží s nízkým výkonem, nemůžeme nechat běžet vše jindy bychom baterie vybíjeli příliš rychle. Pi proto musí být většinu času vypnuto, ale zapínáno v pravidelných intervalech, aby hlásilo polohu SOLARBOI a umožnilo nám přihlásit se a řídit robota, kdykoli si přejeme. Aby toho bylo dosaženo, Arduino Pro Micro spouští speciální program, který zapíná SOLARBOI na prvních 5 minut každé hodiny. Pokud se k robotu přihlásíme z Mission Control, zůstane zapnutý, což nám umožní misi provést. Pokud nedetekuje připojení, napájí Raspberry Pi zpět, aby šetřil energii a maximálně využil dostupnou sluneční energii. GPS se také používá k zajištění toho, aby Mission Control vždy věděl o poloze SOLARBOI. Při jízdě na venkově v hluboké noci může být navigace pouze pomocí vizuálních podnětů velmi obtížná. GPS nám tedy umožňuje udržovat opravu polohy robota a dosáhnout našich cílů hluboko do regionální Austrálie.

Krok 2: Krok 2: Software

Očividně je dobré mít rover, ale aby fungoval, potřebuje software. Software SOLARBOI se neustále vyvíjí, což umožňuje lepší výkon a snadnější používání v průběhu času.

Rover používá Raspbian, výchozí OS Raspberry Pi Zero. Mission Control běží na Windows. To způsobuje určité problémy s tím, že různé nástroje Linux musí být speciálně nainstalovány v Mission Control. Nakonec nám toto nastavení umožnilo najet mnoho úspěšných kilometrů se SOLARBOI a dělá svou práci dobře. Video je streamováno z robota zpět do Mission Control přes Gstreamer. Je těžké jej použít a není dobře zdokumentovaný pro začátečníky. Umožňuje nám však mít audio a video stream s nízkou latencí od robota, který je dostatečně dobrý na to, abychom mohli řídit bez přílišných problémů. K výpadkům dochází a dochází k určitému zpoždění, ale když stavíte první roboty na světě, abyste prozkoumali krajinu, využijete to, co máte! Streamování probíhá v nativním H264 z kamery Raspberry Pi, aby se zabránilo nadměrnému zatížení Pi Zero překódováním za běhu. Ovládání robota je pomocí vlastního kódu Pythonu s architekturou server/klient. Pomocí knihoven jako PiGPIO a Servoblaster jsme schopni v reálném čase ovládat pohonný systém robota a další funkce. Díky dobře vyvinutému ekosystému Raspberry Pi je instalace hračkou.

K zobrazení telemetrie na obrazovce používáme v Pythonu různé knihovny. Nejdůležitější je MatPlotLib, který vykresluje naše grafy baterií v Mission Control, které nám umožňují sledovat výkon SOLARBOI během živé mise.

Krok 3: Krok 3: Věci, které se naučíte pouze v oboru

Jak se říká, žádný plán nepřežije první kontakt s nepřítelem. Právě takovým způsobem společnost SOLARBOI prošla mnoha zkouškami ve svých pokusech o navigaci do staromódní telefonní budky hluboko ve venkovském Novém Jižním Walesu. Toto jsou lekce, které se často lze naučit pouze v terénu, a ty, které jsme se naučili tvrdě. Pokud robot vyčnívá ze svého okolí, mohou jej kolemjdoucí snadno najít během nabíjení během dne. Vzhledem k malým rozměrům a hmotnosti plošiny mohl být SOLARBOI snadno odcizen nebo zničen, což nesplnilo své poslání. Toto je riziko, které podstupujeme při každém nasazení ve volné přírodě. Aby to bylo možné zmírnit, je SOLARBOI vymalován zeleným fádním povrchem ve snaze splynout. Nalezení bezpečného prostoru pro nabíjení se spoustou slunečního světla, ale minimální viditelnost je neustálá výzva. Navzdory robustním offroadovým pověřením SOLARBOI není schopen překonat každou překážku na své cestě. V minulosti jsme měli problémy s uvíznutím na skalách nebo s nárazy do malých stromů. Většinou za to může kamera se špatným zorným polem, nízkou úrovní osvětlení v noci a extrémní únavou ze strany operátora. Naše upgrady na lepší světlomety a čočky typu rybí oko mají tento problém v budoucnu odvrátit. Pomalá a ustálená jízda, nikoli přímá rychlost, je také dobrou mantrou k životu, abyste se vyhnuli nárazu do objektů, když řídíte zpoždění videa 500 ms. Jednoduché nasazení v zemi přináší své vlastní problémy. To znamená, že hardware SOLARBOI musí být ve špičkové formě, aby nebyla cesta na mnoho hodin do oblasti nasazení marná. To nás stálo mnoho benzínu a času v minulých misích a něčemu se hodláme vyhnout přísným testováním v budoucnosti. Při nasazování robota na dálku je to však něco, co je třeba vzít v úvahu. Nakonec dobré vybavení v Mission Control je nutností. Caffiene musí být po ruce, aby byla posádka ostrá a ostražitá, stejně jako voda pro udržení správné hydratace. Jasná a aktuální telemetrie je také užitečná pro rychlou diagnostiku problémů a video s nízkou latencí bez výpadků je nejlepší pro hladkou jízdu v australské divočině, což také řidiči umožňuje v případě potřeby maximálně využít rychlost SOLARBOI, aby se vyhnuli projíždějícím autům, divoké zvěři nebo kočce Shackleton, se kterou jsme se setkali v misi 1. Celkově má SOLARBOI v budoucích misích mnohem dál a v ideálním případě stráví mnoho měsíců v terénu zkoumáním široko daleko. Chcete -li sledovat cestu SOLARBOI, sledujte ji na Twitch.tv a Youtube a užijte si níže uvedené mise! Jako vždy přijde další dobrodružství, jak se SOLARBOI vyvíjí a cestuje dál a dál z domova!