Robot Telepresence Snap Circuits: 9 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Prázdniny v roku 2020 sú trochu iné. Moja rodina je rozložená po celej krajine a kvôli pandémii sa nemôžeme stretnúť na prázdniny. Chcel som spôsob, ako prinútiť starých rodičov, aby sa cítili zahrnutí do našej oslavy vďakyvzdania. Telepresenčný robot, akým je Double 3, by bol perfektný, ibaže stojí 4 000 dolárov. Zaujímalo by ma, či by som dokázal postaviť niečo podobné za oveľa menej peňazí.

Snap Circuits® RC Snap Rover® je diaľkovo ovládaný rover s elektronikou, ktorý je navrhnutý na zmeny a experimentovanie. Je to asi správna veľkosť, aby bol základom telepresenčného robota, a prišiel som na to, že by som ho pravdepodobne mohol zapojiť a ovládať z webu.

Ak by som mohol na rover namontovať tablet, mal by som telepresenčného robota, ktorý by umožnil starým rodičom zúčastniť sa našej oslavy! Mohli by sa pohybovať po dome sami a komunikovať s rôznymi ľuďmi, namiesto toho, aby boli uviaznutí na jednom mieste. Novinka ich tiež - a moje deti - môže viac zaujímať ako bežný videohovor.

V noci pred Dňom vďakyvzdania som dostal robota do práce a bol to obrovský hit!

S bežnou elektronikou a trochou ľahkého stolárstva si môžete postaviť telepresentného robota aj vy. Nevyžaduje sa žiadne spájkovanie!

Zásoby:

Hardvér

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Poznámka: „Deluxe“Snap Rover nepoužíva rovnaké diely a nebude fungovať s týmto sprievodcom. Ak máte Deluxe Snap Rover, budete si musieť kúpiť samostatný IC na ovládanie motora

• Konektory Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W alebo iné zariadenie s programovateľnými GPIO schopnými prevádzkovať NodeJS
• Puzdro na Raspberry Pi (voliteľné)
• Záhlavie kladiva GPIO (žena)
• Karta MicroSD (4 GB alebo väčšia)
• Batéria USB a kábel Micro-USB na napájanie zariadenia Pi
• iPad alebo iný tablet/telefón

• Rôzne drevo:

  • 1 "x 48" drevená hmoždinka, narezaná na požadovanú výšku
  • 2x4, pribl. 10 "dlhý
  • 2 kusy výlisku 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 kusy šrotu 1x1 alebo podobného šrotu, cca. 3 "dlhé
• Malá kartónová škatuľa, ktorá bude slúžiť ako držiak iPadu
• Nylonový popruh, cca. 6 '

Softvér

• Na vozíku:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (testované s neoficiálnym 14.15.1 armv6 postaveným na Pi Zero W)
  • softvér na diaľkové ovládanie pi-rover

• Na tablete:

  Facetime, Zoom alebo iný softvér pre videokonferencie

• Na vašom počítači:

  Klient ssh (vstavaný v systéme Mac + Linux; použite niečo ako PuTTY pre Windows)

Nástroje

• Vŕtajte vrtákom s priemerom 1 palca
• Horúca lepiaca pištoľ
• Kladivo
• Videl
• Zvinovací meter / pravítko

Pre používateľa (starí rodičia atď.)

Dedko alebo ktokoľvek, kto prevádzkuje vozítko, bude potrebovať:

Počítač so softvérom pre videokonferencie (FaceTime, Zoom atď.) A webovým prehliadačom

ALEBO

Tablet/telefón s funkciou rozdelenej obrazovky a softvérom pre videokonferencie

ALEBO

• 2 zariadenia:

  • Telefón, tablet alebo iné zariadenie so softvérom pre videokonferencie a
  • Druhé zariadenie s webovým prehliadačom, ktoré je možné použiť na ovládanie prehliadača, zatiaľ čo prvé zariadenie sa používa na video

Krok 1: Výber hardvéru

Na ovládanie rovera z internetu som potreboval malý počítač, ktorý by mohol ovládať rover a fungovať ako webový server, aby mal starý rodič prístup k roveru. Raspberry Pi Zero W sa perfektne hodí. Je malý, má Wi-Fi a dostatok výkonu CPU na prevádzku malého webového servera. Navyše je to iba 10 dolárov, čo je lacnejšie ako prakticky všetky ostatné možnosti pre domácich majstrov. Príslušenstvo Pi + som získal od vynikajúcich ľudí v spoločnosti Adafruit.

Krok 2: Príprava hlavičky Pi:

Rad vzdelávacích hračiek Snap Circuits je ako LEGO® tehly pre elektroniku. Umožňujú vám zapojiť obvody bez akéhokoľvek spájkovania a sú relatívne bezpečné pre deti. Hobbyistické elektronické dosky (ako napríklad Raspberry Pi) ponúkajú niekoľko spôsobov, ako zapojiť veci, ale žiadny z nich nie je kompatibilný so obvodmi Snap.

Aby sme to obišli, nainštalujeme do Pi hlavičku a potom použijeme špeciálne prepojovacie vodiče „Snap to Pin“na pripojenie Pi k roveru bez akéhokoľvek spájkovania.

Nainštalujte hlavičky ženského kladiva do Pi podľa pokynov na inštaláciu (označených „pre pHAT“). Je dôležité používať ženské hlavičky; tieto nám umožňujú zapojiť prepojovacie vodiče.

Krok 3: Príprava Pi: Software

Raspberry Pi načítava svoj softvér z karty MicroSD. Nainštalujeme operačný systém, spustíme Pi a nainštalujeme niekoľko ďalších nástrojov plus ovládací softvér pre vozítko.

1. Pomocou softvéru Raspberry Pi Imager do počítača stiahnite a nainštalujte Raspberry Pi OS Lite (32-bitový) na kartu SD.
2. Tento tutoriál vám pomôže nastaviť Pi v režime „bez hlavy“bez použitia klávesnice alebo obrazovky. Pri prvom spustení sa Pi dostane do siete Wi-Fi.
3. Povoľte protokol Secure Shell (ssh) na zariadení Pi pomocou krokov 3+4 z tohto tutoriálu o SSH. Časť o nastavení „Preposielanie X“môžete ignorovať. To vám umožní prihlásiť sa do systému Pi, akonáhle bude online.
4. Presuňte kartu SD na Pi a spustite pi. Na napájanie som použil batériu USB, ale v tomto kroku môžete na napájanie z počítača použiť aj napájací adaptér alebo kábel Micro-USB.
5. Nájdite IP adresu Pi. Budete sa musieť pripojiť k Pi a neskôr ovládať rover.

6. Prihláste sa do Pi z počítača. V časti „Nastavte svojho klienta“tutoriálu k SSH sú podrobné pokyny. Teraz by ste mali byť prihlásení do Pi:

   ssh pi@

7. Softvér diaľkového ovládača používa nástroj s názvom NodeJS. Ak chcete nainštalovať NodeJS na Pi, spustite cez SSH nasledujúce príkazy:

   wget

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

8. Teraz by ste mali mať na Pi nainštalovaný NodeJS. Ak to chcete otestovať, spustite

   uzol -v Po niekoľkých sekundách by mal vydať verziu NodeJS, napríklad

   v14.15.1

9. Ďalej nainštalujeme softvér na ovládanie rovera, nazývaný pi-rover. Bude to trvať niekoľko minút:

   sudo apt-get install git

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

10. Spustite serverový softvér na zariadení Pi:

    uzol index.js

    Ak všetko pôjde dobre, mali by ste mať prístup k Pi prostredníctvom webového prehliadača v počítači tak, že na adrese IP Pi prejdete na port 8080. Ak je napríklad adresa IP vášho zariadenia Pi 192.168.1.123, navštívte stránku

11. Ukončite serverový softvér pomocou Ctrl-C.

12. Ak chcete spustiť server pri každom spustení Pi, nainštalujte si súbor systémovej služby:

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

    sudo systemctl povoliť službu pi-rover.service

13. Akonáhle je softvér testovaný a funguje, vypnite ho, aby sme mohli nainštalovať Pi do vozítka:

    sudo shutdown -h teraz

Poznámka: Ak sa chystáte poskytnúť prístup ďalším ľuďom mimo vašej domácej siete (napríklad dedkovi, ktorý je na Deň vďakyvzdania vo svojom dome), budete musieť nakonfigurovať smerovač tak, aby odosielal prenos z vašej verejnej IP adresy na server Pi. Na tento účel použite podporu presmerovania portov.

Krok 4: Pripojte Rover

Snap Rover je dodávaný s pokynmi na zapojenie diaľkového ovládača, ktorý je súčasťou súpravy rover. Prispôsobíme ich tak, aby nahradili komponent rádiového prijímača Pi.

Príručka k roveru obsahuje množstvo obvodov. Začnite číslom 1 („Night Rover“) a vytrhnite všetko naľavo od stĺpca 6. Tým zostane na mieste IC riadenia motora, (4) 1kΩ odpory na vstupoch do obvodu riadenia motora, posuvný spínač, a drôty smerujúce k roveru.

Krok 5: Pripojte Pi k roveru

Ak máte puzdro na Pi, ale ešte ste ho nenainštalovali, urobte to teraz.

40 -kolíkový konektor na zariadení Pi ponúka veľa funkcií. Na pripojenie Pi k roveru použijeme niekoľko univerzálnych I/O pinov (GPIO). Je dôležité zapojiť to presne tak, ako je to tu uvedené; Nesprávne zapojenie riskuje poškodenie Pi alebo rovera.

1. Kolíky na Pi sú očíslované 1-40. Stojí za to skontrolovať pinout, aby ste pochopili, ako sú usporiadané.

2. Pomocou konektorov Snap-to-Pin pripojte nasledujúce 4 GPIO k rezistorom na vstupoch integrovaného ovládania motora:

   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. Kolík 15 (GPIO 22) k odporu na RB
   5. Použite ešte jeden konektor Snap-to-Pin na pripojenie uzemňovacieho kolíka (Pin 14) z Pi k zemi (-) na vozíku. Aj keď máme 2 samostatné napájacie zdroje (rover používa 9 V a Pi používa 5 V z batérie USB), obe strany sú elektricky prepojené a na fungovanie obvodu potrebujeme spoločné uzemnenie.

Krok 6: Zostavte držiak tabletu

Montáž tabletu vyžaduje vyrovnanie niekoľkých konkurenčných potrieb:

• Tableta by mala byť dostatočne vysoko vo vzduchu, aby mohla interagovať so stojacimi deťmi a dospelými.
• Rover musí byť dostatočne stabilný, aby sa pri jazde neprevrátil.
• Tablet by mal byť namontovaný čo najbližšie k stredu rovera, aby poskytoval stabilitu a plynulý zážitok z jazdy.
• Horná časť rovera nie je navrhnutá tak, aby k nemu bolo pripevnené niečo iné ako Snap Circuits, a neexistuje žiadny skvelý spôsob, ako naňho naložiť bez rizika poškodenia komponentov.

Časť 1: Budovanie mostov

Vrcholom rovera je plastová mriežka s nerovnosťami určenými na zaistenie komponentov elektroniky. Umiestnenie nákladu priamo na mriežku by nebolo stabilné a mohlo by mriežku poškodiť. Rozhodol som sa postaviť akýsi most cez základňu s podperami, ktoré sedia medzi nárazmi na mriežke, a hmoždinou namontovanou na vrchu mosta. Na upevnenie zostavy mostík + hmoždinka k telu rovera som použil nylonový popruh.

1. Vystrihnite 2x4 až asi 10 palcov; mal by byť dlhší, ako je rover široký, aby sme ho mohli bezpečne pripútať k roveru.
2. Odrežte pár 8 "kúskov z tvarovacích pásov 1/4". Pomôžu stabilizovať držiak tabletu a zabrániť jeho kolísaniu dopredu a dozadu.
3. Prilepte tvarovacie pásy na 2x4. Pásy by mali byť od seba vzdialené tak, aby zapadli do drážok mriežky, medzi hrbole (od seba asi 5 "). Pásy by mali byť namontované tak, aby spodok 2x4 sedel nad elektronikou.
4. Odrežte pár 3 "kúskov z 1x1 a prilepte ich k rohom, kde sa tvarovacie pásy stretávajú s 2x4. Cieľom je zabrániť tomu, aby sa formovacie pásy pri bočnom tlaku odtrhli od 2x4.
5. Pomocou rýľového bitu 1 "vyvŕtajte otvor pre hmoždinku v hornej časti 2x4. Otvor nemusí prechádzať celým systémom 2x4; v spodnej časti otvoru nechajte asi 1/8 palca dreva neporušeného. na podporu hmoždinky. Otvor by mal byť posunutý smerom k jednému okraju 2x4, aby na druhej strane zostal priestor pre nylonový popruh. Prilepte hmoždinku do otvoru a uistite sa, že je zvislá.

Poznámka: Menšia hmoždinka by mohla fungovať. Vybral som si priemer 1 , aby som zaistil, že bude dostatočne tuhý na to, aby tlmil oscilácie. Nechcete, aby sa dedkovi vozilo, keď šoféruje!

Časť 2: Držiak tabletu

Potreboval som ľahký, ale pevný spôsob, ako pripevniť tablet k hornej časti hmoždinky. Samotná tableta by mala byť držaná čo najbližšie k hmoždinke, aby jej hmotnosť nepôsobila ako páka pokúšajúca sa prevrátiť rover. Potom, čo som stručne zvážil stavbu škatule z ľahkého dreva, akým je lipový strom, som sa rozhodol pre prístup s vynaložením minimálneho úsilia na rozrezanie kartónu vhodnej veľkosti. Našiel som škatuľu s rozmermi asi 10 x 12 palcov x 1 palcov. Odrežte jeden koniec, aby sa tablet mohol zasunúť, a na jednej strane vyrežte obdĺžnikový otvor, aby bola viditeľná obrazovka tabletu. Držiak tabletu zaistite horúcim lepidlom. na vrch hmoždinky.

Krok 7: Pripútajte sa

K roveru musíme pripevniť držiak tabletu. Rover na to nie je konštruovaný a neexistujú žiadne praktické možnosti montáže. Rozhodol som sa zaistiť držiak pomocou dlhého nylonového popruhu omotaného okolo oboch osí (nie náprav!) Rovera. To zabraňuje sklopeniu držiaka dopredu, dozadu alebo na ktorúkoľvek stranu. Zaistite, aby popruh nevyvíjal tlak na žiadne elektrické súčiastky, a zaistite, aby bol pevne dotiahnutý a zaistený, aby sa nemohol uvoľniť.

Krok 8: Začnite Rovingovať

Akonáhle je držiak tabletu zaistený k roveru, zapnite Raspberry Pi a rover. Akonáhle bude Pi online, prihláste sa do webového rozhrania (napr. Http://192.168.1.123) a do poľa „Požiadať o kontrolu“. Teraz by ste už mali mať možnosť jazdiť! Rover môže viesť vždy len jedna osoba, preto sa najskôr vzdajte ovládania vozíka, než to vyskúša niekto iný.

Pokyny pre starých rodičov

Akonáhle je rover online, zavolajte dedkovi (alebo starej mame!) Na FaceTime. Akonáhle to zdvihnú, nechajte ich otvoriť webový prehliadač a prejdite na svoju verejnú IP adresu. V závislosti od toho, aký telefón/tablet/počítač používajú, bude pravdepodobne musieť prejsť do režimu „rozdelenej obrazovky“alebo použiť druhé zariadenie.

Po načítaní webovej stránky by sa im malo zobraziť ovládacie rozhranie rovera. Nechajte ich požiadať o kontrolu. Teraz môžu komunikovať so zvyškom rodiny, ako keby tam boli!

Krok 9: Budúce zlepšenia

Tento dizajn nie je dokonalý. Niektoré možné vylepšenia:

• Stabilizátory pre vozítko, aby sa neprevrátili tak skoro, keď na ne narazí dieťa, domáce zviera atď.
• Spôsob, ako zabrániť vozidlu naraziť do vecí (vodič sa nemôže pozerať dole!)
• Viac jemností v ovládaní softvéru pi-rover. Práve teraz sú napevno zakomponovaní do niečoho, čo nám fungovalo dostatočne dobre.
• Vložte nástroj pre videokonferencie na webovú stránku, aby babička na používanie rovera nepotrebovala 2 zariadenia