Sparky - DIY Web -Based Telepresence Robot: 15 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Název Sparky je založen na zkratce pro Self Portrait Artifact Roving Chassis I, což je trapný název pro umělecký projekt, který byl zahájen na počátku 90. let. Od té doby se Sparky vyvinul z nadrozměrné RC hračky s několika videokamerami na dětské chůvičky na plně webového autonomního telepresence robota. V průběhu let existovalo mnoho různých verzí využívajících širokou škálu technologií a řešení, ale vždy se stejným cílem poskytnout platformu pro telepresenci živého videa a dálkové autonomní roving. Většina vybavení potřebného pro tento projekt je k dispozici v obchodě a hodně z toho, co jsem použil, už bylo v mém obchodě z předchozích projektů, doufejme, že budete mít nějaké podobné vybavení, ale buďte připraveni improvizovat, potápět se v popelnici nebo zasáhnout Craigslist za chybějící parts. Sparky používá Skype jako základ pro videochat, stejně jako nějaký vlastní software (a zdrojový kód), který poskytujeme pro základní ovládání servopohonu. Tento kód můžete přizpůsobit tak, aby do vašeho robota přidával funkce - včetně více serv, ramen chapadel a senzorů a jste omezeni pouze svou představivostí a vynalézavostí. Mějte na paměti, že každý robot bude jiný, takže tato příručka není v žádném případě úplným návodem. Představte si to jako výchozí bod, základ, na kterém navrhnete a postavíte svou vlastní jedinečnou tvorbu Sparky.

Krok 1: Díly - podvozek a hnací ústrojí

Podvozek a hnací ústrojí: Vex je populární vzdělávací robotická stavebnice. Je to hodně podobné tradiční sadě Erector s přidanými sofistikovanými servomotory, koly a převody (VEX také obsahuje vlastní programovací jazyk a počítačovou desku pro výrobu kompletních robotů, ale pro Sparky je nepoužíváme).

Krok 2: Díly - Napájení

Napájení: Kompaktní 12V, 7Ah hobby baterie. Ve spojení s výkonným měničem stejnosměrného proudu na střídavý proud poskytuje dostatek šťávy na několik hodin provozu robota na jedno nabití.

Krok 3: Díly - mozek

Mozek: Mac Mini první generace je levný a nabízí skvělý výkon a funkčnost v malém balení, včetně WiFi, Bluetooth a dostatečného počtu portů pro připojení všeho (USB, Ethernet, FireWire, audio).

Krok 4: Díly - nervový systém

Nervový systém: K překlenutí mezery mezi počítačem a servomotory používá Sparky desku MAKE Controller.

Krok 5: Software

Software: Sparky používá Skype, populární bezplatný software VoIP a videochat jako základ pro současné nastavení telepresence, ale jeho funkce chatu jsme rozšířili o vlastní software, který přidává ovládání servomotoru. Tyto soubory lze upravit, takže můžete přidat další funkce, jako jsou senzory, ramena chapadel a další.

Krok 6: Další součásti

Další komponenty: LCD monitor, myš, klávesnice Webkamery Kabely - USB, Firewire, Ethernet, napájení, video, audio Nastavitelný napájecí zdroj pro zvýšení síly serva Kolečka

Krok 7: Nástroje

Pomůcky: Imbusový klíč pro šroubováky Vex Různé zipy

Krok 8: PODVOZEK A JÍZDNÍ VLAK -1

Předchozí verze podvozků Sparky s byly založeny na různých materiálech, včetně svařované oceli, lega a dalších. Současná verze Sparky využívá výhod systému VEX Robotic Design System, který využívá ocelové nosníky, desky a matice/šrouby podobné stavebnici Erector Set, jakož i zahrnutá ozubená kola, kola a nápravy. Tyto sady ušetří spoustu času, zatímco vy zjistíte přesné rozměry svého robota. Několik generických koleček zajišťuje hbitost v těsných zatáčkách. Můžete stavět z podobných materiálů v měřítku hraček, nebo se můžete rozhodnout vyrobit pevnější rám ze svařované oceli, stejně jako původní Sparky.

Krok 9: PODVOZEK A JÍZDNÍ VLAK - 2

Sada VEX obsahuje mnoho skvělých dílů, včetně standardních serva s omezeným rozsahem pohybu 180*, ale také dvě serva motorů s plným otáčením, která se zcela točí jako stejnosměrné motory. Jsou praktické, protože zjednodušují požadavky na vytvoření plného rotačního pohybu kola. (Původní robot Sparky měl 2 serva s omezeným dosahem, ale tato nepoháněla kola robota přímo. Místo toho fyzicky pohybovaly potenciometry, které byly připojeny k původnímu ovládání invalidního vozíku, zdánlivě složité řešení podobné Rube Goldbergovi, které léta funguje překvapivě dobře ale přesto většinu inženýrů znervózňuje!).

Krok 10: PODVOZEK A JÍZDNÍ VLAK - 3

Serva VEX nejsou příliš výkonná, ale díky použití přiložených převodových stupňů mohou stále poskytovat dostatek točivého momentu na kola, i když s obětováním rychlosti. Funguje dostatečně dobře na tvrdém povrchu, ale bojuje na koberci nebo dokonce na malých nerovnostech. Dalším krokem může být přidání silnějších serva s plným otáčením nebo dokonce skok na stejnosměrné motory, i když by to také vyžadovalo další programování.

Krok 11: PODVOZEK A JÍZDNÍ VLAK - 4

Poměrně dost času bylo věnováno přepracování podvozku VEX, aby byl co nejlehčí a přitom měl všechny díly fit. Obzvláště náročný byl výběr monitoru. Původně jsem používal lehký 7 LCD displej, ale měl tak nízké rozlišení, že nebylo dobře vidět. Nakonec to udělal starý 17 LCD, i když se značnou mýtnou přidanou hmotností. Dalším problémem sestavení je rozložení hmotnosti. Baterie, měnič a napájecí zdroje musí být umístěny tak, aby jejich hmotnost byla vycentrována mezi kola a aby ani jedno příliš nezatěžovalo. Všechny tyto problémy se spojily a vytvořily náročnou hádanku pevně zabalených komponent a kabelů svázaných zipem.

Krok 12: POČÍTAČ A PERIFERÁLY

Jedním z důvodů, proč je současný Sparky tak malý, je inspirativní velikost Macu Mini. Bylo to pozoruhodné zjištění, že výpočetní výkon potřebný k řízení tohoto projektu se zmenšoval. Předchozí úsilí zahrnovalo stolní počítač G4 plné velikosti, iMac Luxo Lamp a dokonce i zřídka viděný Mac Cube. Dokonce jsem začal šťourat v myšlence na iPhone Sparky, ale to má své vlastní problémy a připojení hardwaru počítače je jednoduché. Při pohledu na zadní stranu Macu od L do R je napájecí kabel, ethernet (do ovladače MAKE), Firewire (iSight), kabel monitoru, USB (ovladač MAKE), další USB (klávesnice a myš). Veškerá přebytečná kabeláž, napájecí cihly atd. & Jsou zavázány zipem a zaklíněny do podvozku. K dispozici jsou tři napájecí kabely Mac, monitor LCD a deska MAKE, které všechny přecházejí do 3cestného rozdělovače zapojeného do střídače DC-to-AC, zabaleného těsně vedle 12 V. baterie. Do ovladače MAKE se zapojuje ethernetový a USB kabel, jeden pro data, druhý pro napájení. V tuto chvíli funguje počítač s podporou WiFi, napájený baterií, připojený k desce MAKE a sedící na kolečkách (ale zatím není ovladatelný)). Nyní je vhodný čas na testování věcí. Zapněte jej a vyřešte všechny problémy se zvukem, videem, WiFi atd. & Stáhněte si a používejte Skype pro videohovory. Než přejdete do další fáze, nezapomeňte odstranit všechny tyto potenciální nepříjemnosti.

Krok 13: VYDĚLEJTE ŘÍDICÍ SYSTÉM

K fyzickému propojení mezi počítačem Mac a servomotory je vyžadována řídicí deska. Deska přijímá povely z počítače a mění je na elektrické impulsy, které roztočí motory. Může také přijímat signály ze senzorů (infračervené, dotykové, světelné) a odesílat tato data zpět do počítače. K dispozici je mnoho různých ovladačů. Jedním z nejpopulárnějších je pravděpodobně Arduino, levná deska řadičů s otevřeným zdrojovým kódem, kterou mnoho lidí upřednostňuje. Desku MAKE jsem obdržel před několika lety, když byla téměř mimo fázi prototypu. Novější verze desky jsou podobné, ale pravděpodobně trochu jednodušší na nastavení. Vřele doporučuji navštívit stránky MakingThings, kde najdete nejnovější firmware a další aktualizace desky. Jednou z dobrých věcí na ovladači MAKE jsou všechny vymoženosti, které jsou v něm zabudovány, jako je obrovské množství analogových a digitálních portů pro vstup a výstup. Nejlepší ze všech pro Sparky jsou 4 servo sloty plug-and-play. Serva VEX se zapojují přímo do slotů 0 a 1, což ušetří spoustu času a úsilí při vytváření připojení od nuly. Deska MAKE má také praktický přepínač pro servo napájení, který může přijít přímo z desky MAKE při 5 V, nebo může být připojen externí napájecí zdroj pro zvýšení šťávy až na 9 V. Motory Sparky s VEX jsou zatíženy větší hmotností, než pro jakou jsou dimenzovány, takže přidaný výkon pomáhá roztočit kola (Zdá se, že motory mají vnitřní vypínací obvod, který zabraňuje jejich spálení, pokud je použit příliš velký výkon). Pokud používáte Arduino nebo jiný řadič, vyhledejte online informace potřebné k pohonu serv. Mělo by to být docela snadné najít.

Krok 14: SOFTWARE

Sparky ve skutečnosti používá dva počítače-integrovaný Mac Mini a nějaký další počítač, který má připojení k internetu a je připraven pro videochat. Představte si tento druhý počítač jako řídící budku Sparky. Používám starý powerbook a kameru iSight. Oba počítače vyžadují Skype. Projekt Sparky jej využívá pro videochat, ale také využívá jeho funkci textového chatu k ovládání povelů ovládání motorů obuvi prostřednictvím připojení Skype- takže pokud se připojuje Skype, robot je ovladatelný bez nutnosti dalšího připojení mezi nimi. Jak to funguje: Kromě toho na Skype, Sparky vyžaduje vlastní plug-in software. Zásuvný modul pro ovládací kabinu je dodáván s ovládacími prvky WASD ve stylu videohry mapovanými na klávesnici. Klávesové zkratky z budky jsou odesílány jako textové zprávy ve Skypu na Sparky s palubním počítačem Mac Mini, kde další kopie modulu plug-in přijímá textové zprávy a převádí je do pohybových příkazů odeslaných do ovladače MAKE, který odesílá napájení servům. Zde je software na míru Zde jsou pokyny k softwaru

Krok 15: BÝT SPARKNÍ

Řízení Sparky je jedinečný zážitek, kombinace simulátoru marťanského roveru a živých sociálních sítí doplněných častými technickými protipožárními cvičeními. Nutí lidi přemýšlet jak o svých obavách, tak o přitažlivosti k myšlence hybridního systému člověk-stroj. Je ale úžasné, jak rychle lidé zapomínají, že mluví s poloautomatickým kyborgem, a během několika výměn je Sparky schopen vytvořit mezi účastníky skutečné, lidské spojení. Verze Sparky v průběhu let sloužily jako průvodce po galerii, jazzový zpěvák a kapelník, host večírku a virtuální účastník Burning Man. Ale potenciál pro Sparky je mnohem větší než tyto příklady. Co můžete přinutit Sparky dělat? Kde bys to vzal? Jak vidíte telepresenční roboty, kteří ovlivňují způsob, jakým komunikujete se světem?