Kapesní špionážní robot: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Nudíte se během výluky? Chcete prozkoumat temnou říši pod pohovkou v obývacím pokoji? Pak je pro vás kapesní špionážní robot! S výškou pouhých 25 mm se tento malý robot dokáže vydat na místa příliš malá na to, aby na něj lidé mohli jít, a prostřednictvím praktické aplikace pro telefon dodává vše, co vidí!

Požadavky:

Zkušenosti s elektronikou na střední úrovni

Základní znalosti o pythonu a malinovém pi

Velké množství času

Zásoby

Díly:

• Raspberry pi Zero W (ne WH, protože nebudeme používat poskytnuté záhlaví)
• Malinový pi fotoaparát
• Karta SD pro Pi (nejlepší je 8 GB nebo více)
• 2x baterie 18650 a držák (Protože nabíjecí obvod není vestavěn, nabíječka také pomáhá!)
• 2 x 300RPM 6V mikropřevodníky
• Ovladač motoru L293D
• LM7805 Regulátor napětí
• 22μF kondenzátor
• 10μF kondenzátor
• 2,54 mm kolíky a zásuvky záhlaví SIL (2 x 8 dlouhých sekcí každého)
• Úhlové kolíky 90 ° zahnuté 2,54 mm
• 10x zápustné šrouby M3 x 8 mm
• 4x zápustné šrouby M3 x 12 mm
• 14x matice nylock M3
• Sada konektorů Dupont (obejde se bez, ale výrazně usnadňuje život)
• Hliníková nebo ocelová tyč 5 mm x 80 mm
• Různé dráty
• Pájecí deska

Nástroje:

• Páječka a pájka
• Sada souborů
• Různé šroubováky
• Řemeslný nůž nějakého druhu
• Super lepidlo
• Nůžky na drát
• Odstraňovače drátů
• Sada elektrických vrtaček a bitů (k vyčištění děr v tisku budou použity 3 mm a 5 mm)
• 3D tiskárna (Ačkoli si můžete nechat vytisknout součásti a odeslat je některou z mnoha takových služeb)
• Mini pila
• Multimetr
• Elektrická páska

Krok 1: Sestavení podvozku

Docela brzy jsem si uvědomil, že zatímco gafferová páska je neuvěřitelná, pravděpodobně by neměla být použita k výrobě robustního podvozku, takže 3D tisk byl další zřejmou volbou (V určitém okamžiku tuto stáhnu, jakmile Nahrávám to.) Díly jsou navrženy tak, aby byly slepeny dohromady se vzájemně propojenými sekcemi, jak je vidět na fotografiích výše, protože používám tiskárnu Elegoo Mars, která produkuje krásné výtisky, ale bohužel má poměrně malou konstrukční desku. Zde přicházejí soubory a superlepidlo, okraje označené výše budou muset být uloženy dolů, dokud nezapadnou těsně do otvorů dalšího dílu. Zjistil jsem, že jelikož 3D tiskárny nejsou dokonalé, je to nejlepší způsob, jak získat perfektně sedí. Jakmile je podání dokončeno, slepte díly dohromady! (Jen ne prsty, jak jsem se jedenkrát mnohokrát naučil) Při lepení dílů k sobě doporučuji položit je na rovný povrch, aby se zajistilo, že budou rovné. (S tím může pomoci jejich zvážení)

Několik otvorů bude nutné vyvrtat 5 mm bitem (označeno na 5. obrázku), to by mělo být provedeno neuvěřitelně opatrně nebo pomocí kruhového souboru, aby se minimalizovalo riziko prasknutí součásti. Aby byla montáž později jednodušší, je třeba vyvrtat všechny 3 mm otvory v podvozku pomocí 3 mm bitu, aby šrouby dobře seděly. Také na základně podvozku je řada šestihranných výřezů, do kterých se nylocky vejdou, stojí za to použít malý soubor k jejich rozšíření, pokud se matice snadno nevejdou. Zjistil jsem, že je mnohem lepší navrhnout přesnou velikost a poté materiál podle potřeby odebrat, protože výsledkem je nejlepší přizpůsobení.

Díly k tisku:

• Podvozek1.stl
• Podvozek2.stl
• Podvozek3.stl
• Podvozek4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Kolo1.stl
• 2x Wheel2.stl
• top.stl

Krok 2: Okruh

Protože celý bod projektu je kompaktní, obvod pro napájení samotného pi a motorů je zabudován do jedné desky, která sedí na vrcholu pi podobně jako HAT a spojuje se štěrbinami do hlaviček připájených na GPIO. Protože jsou motory poměrně malé a nevyžadují velký proud, použil jsem k jejich napájení dvojitý řadič motoru H-bridge L293D, protože GPIO Pi může být poškozeno, pokud je používáno k pohonu motorů (Back EMF a podobně, stejně jako nadproud)). Duální H-můstek používá sadu NPN a PNP tranzistorů tak, že pokud jsou napájeny tranzistory Q1 a Q4 a umožňují průchod proudu, motor se točí dopředu. Pokud jsou napájeny Q2 a Q3, pak proud protéká motorem v opačném směru a otáčí jej zpět. To znamená, že motor lze roztočit v obou směrech bez použití relé nebo jiných komponent a umožňuje nám napájet motor odděleně na pí, než jej odčerpávat.

LM7805 poskytuje pí napájení přes 5v GPIO pin, ale neměl by být používán k napájení L293D, protože pi může vyžadovat téměř veškerý 1A výstup 7805, takže je nejlepší neriskovat jeho roztavení.

Bezpečnost:

Pokud je obvod postaven nesprávně a na pí je poskytnuto více než 5v nebo je vloženo přes jiný pin, pi bude neopravitelně poškozeno. Ještě důležitější je, že obvod by měl být důkladně zkontrolován a testován na zkraty, zejména napříč bateriovými vstupy, protože LiPo mají tendenci způsobovat problémy, *Kašel *, výbuchy při zkratu, tomu byste se pravděpodobně měli vyhnout. Našel jsem nejlepší způsob, jak to vyzkoušet, bylo otestovat obvod připojením 4-bloku baterií AA ke vstupu a změřením výstupního napětí multimetrem. Každopádně bezpečnostní věci skončily, pojďme udělat pájení!

Deska by měla být postavena podle schématu zapojení výše a v podobné konfiguraci jako můj obvod, protože toto rozložení se úhledně hodí přes pi a ještě nevybuchlo LiPos (palce). Je důležité, aby bylo dodrženo níže uvedené pořadí, protože vodiče budou vedeny v blízkosti nebo přes jiné vodiče a kolíky, toto pořadí znamená, že tyto vodiče jsou provedeny jako poslední, aby se zabránilo zkratům. Při pájení na kolíky záhlaví je důležité je zasunout do náhradní části záhlaví, aby se zajistilo, že se při zahřívání nepohybují.

Kroky:

1. Rozřízněte desku na velikost a ořízněte ostrou hranu hladce (moje používá 11 řádků po 20 řadách a pro jejich kódování má nápomocna písmena a číslice) S tímto souřadnicovým systémem uvedu polohy kolíků na desce, aby byl život snazší. Protože je deska oboustranná, budu stranu směřující k pí označovat jako stranu „B“a stranu od pí jako stranu „A“.
2. Pájejte L293D a LM7805 na místo, levý horní kolík L293D je umístěn na straně B v poloze C11. LM7805 bude potřebovat ohnutí výstupních kolíků tak, aby kovová zadní strana čipu ležela rovně proti desce, levý kolík by měl být v poloze P8.
3. Pájejte kolíky záhlaví na místo, nejprve byste měli kratší stranu kolíků protlačit černým blokem, dokud nebudou ploché proti horní části uvedeného bloku. Měly by být protlačeny ze strany A pravým dolním rohem v otvoru T1 a pájeny ze strany B, jak je znázorněno a zdokumentováno na obrázcích výše. Až to bude hotové, jemně odstřihněte černé bloky a zasuňte 2 řady kolíků do odpovídajících záhlaví, které by ještě neměly být připájeny k pí. Ty zajistí, že se piny při jejich pájení nepohybují.
4. Dále připájejte kolíky motoru a baterie, 4 široké pro motor a 2 široké pro baterii. Kolíky baterie by měly být umístěny ve slotech J4 a K4 na straně B, kolíky motoru mezi L2 a O2 na straně B.
5. Oba kondenzátory nyní potřebují pájet, oba ze strany B. Anoda (kladná noha) kondenzátoru 22μF by měla být ve slotu P10 na straně B a měla by být připájena k P8 se zbývající částí nohy, před oříznutím zbytků. Katodu (záporná noha) je třeba protáhnout štěrbinou P11 a ohnout ji, jak je vidět na obrázku, aby se spojila s P7 (katoda 7805). Anoda kondenzátoru 10 μF by měla být vložena do slotu P4 a noha připájena ke kolíku P9, katoda by měla být vložena do slotu P3 a připojena k P7 stejným způsobem jako druhý kondenzátor.
6. Propojovací vodiče by měly mít cesty zobrazené na obrázcích výše, takže abych ušetřil čas na čtení, sestavil jsem seznam kolíků, které by měly být těmito spojeny, v pořadí a se specifikovanými stranami, zadaná strana je strana, ve které je izolovaná část drátu je umístěn na. Souřadnice budou naformátovány tak, že první písmeno označuje stranu a za ní souřadnice. Pokud bych například měl připojit kolík L293D k výstupu, nemohl by být použit stejný otvor, který používá kolík, takže sousední otvor by byl, kolík, ke kterému se drát připojí, bude umístěn po obou stranách otvorů, kterými procházejí. To by vypadalo jako B: A1-A2 až G4-H4 s drátem procházejícím otvory A2 a G4. Poznámka: Na mých fotografiích strana A nemá žádné nápisy, předpokládejme, že by to bylo zleva doprava.
7. Protože jste již páječku dostali ven, nyní je vhodný čas na pájení vodičů motoru a baterie, doporučuji kolem 15 cm pro vodiče motoru, které by měly být připájeny vodorovně k zadní desce motoru, aby se ušetřilo místo, fotografie tohoto je výše. Na druhém konci vodičů motoru jsou potřeba konektory, doporučuji do nich po krimpování vložit malé množství pájky, aby bylo zajištěno pevné spojení. Červený vodič z jednoho držáku baterie by měl být připájen k černému vodiči druhého tak, aby mezi nimi zůstal asi 4 cm, další dva vodiče potřebují každý kolem 10 cm, ale místo toho potřebují konektor připojený ke konci pro připojení k desce.

Elektrické vedení:

1. B: C4-B4 až F11-G11
2. B: C9-B9 až O1-O2
3. B: G11-H11 až K5-K4
4. B: F9-G9 až M1-M2
5. B: F8-G8 až I4-J4
6. B: F6-G6 až L1-L2
7. B: K4-L4 až O10-P10
8. B: F7-H7 až N7-O7
9. Na straně A jsou všechny vodiče připájeny k této straně, žádné vodiče procházejí, takže jsou zapotřebí pouze 2 souřadnice.
10. A: O4 na O2
11. A: O5 až N2
12. A: O10 až M2
13. A: O7 až P2
14. A: R4 až Q2
15. Odpověď: Zemnicí kolíky O7, O8, R7 a R8 by měly být propojeny.
16. A: E7 až K4
17. A: O1 až R10
18. A: M1 až R11
19. A: E4 až T1
20. A: G2 až R6

Doporučuji zkontrolovat to podle výše uvedeného schématu zapojení, abyste zajistili správné zapojení před testováním. Testování obvodu by mělo být provedeno s multimetrovou sadou pro testování konektivity, piny, které by měly být zkontrolovány, jsou následující, ale pokud jste již kompetentní v elektronice, vyzkoušejte co nejvíce. Chcete -li zkontrolovat: Vstupní kolíky baterie, kolíky motoru, všechny kolíky záhlaví pro pí a vstup a výstup 7805 proti zemi.

Krok 3: Nastavení Pi

V tomto tutoriálu předpokládám, že vaše pi je již nastaveno pomocí obrázku a je připojeno k internetu, pokud nastavujete pi poprvé, doporučuji k instalaci obrázku použít následující průvodce z jejich webových stránek:

www.raspberrypi.org/downloads/

Zjistil jsem, že život je mnohem snazší, pokud je možné pracovat s pi, zatímco jste stále uvnitř robota, ale protože port HDMI je zablokován s odstupem, vzdálená plocha je další nejlepší věcí. Nastavení je velmi snadné pomocí balíčku s názvem xrdp a protokolu RDP společnosti Microsoft (zabudovaného do systému Windows, takže na tomto konci nedochází k chybám).

Chcete-li nastavit xrdp, nejprve zajistěte aktualizaci pi pomocí příkazů 'sudo apt-get update' a 'sudo apt-get upgrade'. Dále spusťte příkaz 'hostname -I', který by měl vrátit místní IP adresu pí a můžete jít! Stiskněte na počítači klávesu Windows a otevřete program s názvem „Připojení ke vzdálené ploše“, poté zadejte IP adresu vašeho pi do pole Počítač a poté uživatelské jméno „pi“, pokud jste to nezměnili, stiskněte Enter a připojení budou založeny s pí.

První balíček, který budete potřebovat, je pro kameru, protože toto není moje oblast znalostí, přidal jsem k tomu odkaz na oficiální průvodce, který se mi skvěle osvědčil.

projects.raspberrypi.org/en/projects/getti…

Jakmile budete postupovat podle této příručky a nainstalovat výše uvedený software, jste připraveni přejít k dalšímu kroku!

Krok 4: Kód

Nejprve s kódem, programování je daleko od mé oblíbené části robotiky, takže i když je program plně funkční, struktura nepochybně není dokonalá, takže pokud si s ním všimnete jakýchkoli problémů, opravdu bych ocenil zpětnou vazbu!

Stáhněte si přiložený soubor pythonu do svého souboru pi, umístěte jej do složky Dokumenty, poté otevřete terminál a začněte nastavovat automatické spouštění. Abychom se ujistili, že nepotřebujete vzdálenou plochu k pí pokaždé, když chcete použít robota, můžeme nastavit pi tak, aby spustil program při spuštění. Spusťte nastavení zadáním „sudo nano /etc/rc.local“do terminálu, který by měl vyvolat textový editor na bázi terminálu s názvem Nano, přejděte do spodní části souboru a vyhledejte řádek „ukončení 0“, vytvořte nad to nový řádek a zadejte „sudo python/home/pi/Documents Spy_bot.py &“. Tím se přidá příkaz ke spuštění souboru python jako vhodnosti procesu spouštění, protože náš program poběží nepřetržitě, přidáme "&", aby se proces rozšířil, což umožní pí dokončit zavádění, nikoli smyčku tohoto programu. Chcete -li nano ukončit, stiskněte ctrl+x a poté y. Po návratu zpět na terminál zadejte „sudo reboot“a restartujte pi a aplikujte změny.

Pokud se motory točí špatnými směry, otevřete soubor Spy_bot.py pomocí textového editoru a přejděte do části motoru s kódem, která bude označena pokyny ohledně přesných čísel, která je třeba vyměnit. Pokud se vymění levý a pravý motor, lze to opravit buďto v kódu, nebo prohozením vývodů, pokud se nechcete vyhnout opětovnému rozebírání, vyměňte libovolnou 12 ve funkci motoru za 13 a 7 za 15.

Kód je opatřen poznámkami s podrobnostmi o tom, co každá sekce dělá, takže jej lze snadno upravit a pochopit.

Krok 5: Dát to všechno dohromady

Montáž motorů:

Když jste již slepili podvozek a nastavili pi, jste připraveni sestavit robota! Nejlepší místo je začít s motory, jejich držáky jsou navrženy tak, aby těsně přiléhaly, takže je pravděpodobné, že bude potřeba malé množství pilin na malých výstupcích na vnitřní straně, které jsou označeny na fotografii výše. Otvory na jejich konci mohou také vyžadovat mírné rozšíření, aby vyvýšená zlatá část na konci motorů zapadala dovnitř. Jakmile se motory pohodlně vejdou do skříní, můžete motor vyjmout a přišroubovat pouzdra do jejich polohy na zadním konci robota pomocí šroubů a nyloků M3 x 8 mm a poté zasunout drážky zpět na svá místa.

Připojení elektroniky:

Dále lze držáky baterií a malinový pi přišroubovat na místo pomocí šroubů M3 x 8 mm a nyloků podle fotografií, montážní otvory v nule pi mohou vyžadovat mírné rozšíření, protože šrouby budou těsné, nejbezpečnější a nejlepší způsob, jak to udělat to je s malým kulatým souborem a velkou opatrností. Stojí za to umístit vodiče baterie a motoru pod místo, kde jde pí, protože to dělá celé nastavení mnohem úhlednější bez volných vodičů všude.

Nyní je čas přidat kameru, kterou lze zasunout do 4 kolíků v přední části šasi pomocí kabelu, který je již v zadní části, druhý konec plochého kabelu by měl být jemně přeložen tak, aby zasunul do otvoru pro fotoaparát v pí S kontakty kabelu směrem dolů dávejte pozor, abyste plochý kabel neohýbali, protože bývají poměrně křehké.

Montáž horní desky:

Těchto 6 distančních sloupků by mělo být 19 mm dlouhých, pokud ne, měl by to udělat slušný kovový pilník, když je to hotové, měly by být přišroubovány k horní straně podvozku s novým koncem proti plastu, pokud je to možné. Na ně lze nyní přišroubovat horní desku a ujistěte se, že pod ni opatrně složíte plochý kabel.

Přidání kol:

K poslednímu kroku kola! Dvě kola s menšími středovými otvory by měla být vyvrtána na 3 mm, aby se vešly na hřídele motoru, ale pokud je vaše 3D tiskárna kalibrována na vysokou úroveň, nemělo by to být nutné. Čtvercové otvory ve všech kolech se budou muset mírně rozšířit, aby do nich bylo možné umístit nylock, když je to provedeno, M3 x 12 mm a nylock potřebuje vejít se do každého kola a utáhnout natolik, aby hlava šroubu byla v úrovni okraj kola. Zbývající dvě kola bude nutné rozšířit stejným způsobem jako ostatní, ale místo toho na 5 mm, aby odpovídala nápravě. Jakmile jsou kola připravena, doporučil bych použít nějakou formu elektrické pásky nebo gumičky, která by k nim přidala přilnavou plochu. Pokud se použije páska, stačí asi 90 mm, abyste mohli kolo jednou obejít. Zadní kola jsou nyní připravena k uchycení. Nejjednodušší způsob, jak to udělat, je otočit hřídel motoru tak, aby plochý povrch směřoval vzhůru, a přišroubovat kolo šroubem směřujícím dolů a ponechat 1–2 mm mezi kolem a kryt motoru, aby nedošlo k zachycení. Přední nápravu lze nyní umístit přes přední bloky a připevnit kola.

Tímto krokem by měl projekt skončit, doufám, že to bylo informativní a snadno sledovatelné a hlavně zábavné! Pokud máte nějaké návrhy, dotazy nebo vylepšení, která mohu provést, dejte mi prosím vědět, rád zodpovím jakékoli dotazy a v případě potřeby tento návod aktualizuji.