SOLARBOI - solárny rover 4G vyráža objavovať svet! 3 kroky (s obrázkami)

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

Odmalička som vždy rád objavoval. Za tie roky som videl mnoho zostáv automobilov na diaľkové ovládanie ovládaných cez WiFi a vyzerali dosť zábavne. Ale sníval som, že pôjdem oveľa ďalej - von do skutočného sveta, ďaleko za hranice môjho domu, mojej ulice alebo dokonca predmestia. Túžil som postaviť robota, ktorý by mohol ísť oveľa ďalej. Za týmto účelom som pripravil robota vybaveného kamerou, dátovým pripojením 4G a solárnym systémom, ktorý umožňuje misie dlhé dni, týždne alebo dokonca mesiace. Teraz pravidelne streamujem živé misie na Twitch.tv a SOLARBOI sa podieľa na tom, aby sa pokúsil ísť ďalej na austrálsky vidiek, než ktorýkoľvek iný robot! Cieľom spoločnosti SOLARBOI je zostať v austrálskom vidieckom meste a navigovať sa von, na vidiek a do ďalších destinácií. Pri svojej misii nemôže dostať žiadnu vonkajšiu pomoc, inak sa považuje za neúspešný. Musí si nájsť cestu kilometer za kilometrom v priebehu dní a týždňov, pričom sa musí spoliehať iba na to, že sa slnko nabíja a na komunikáciu späť na základňu bude využívať 4G sieť. Aj keď sa základy projektu zdajú ľahké, zvládnuť ho je neskutočne ťažké! Táto príručka slúži na vysvetlenie základov fungovania SOLARBOI a na predstavenie myšlienok, ako najlepšie vytvoriť platformu robotov, ktorá dokáže prežiť vonku celé týždne. Nie je to presný podrobný návod, ako si vytvoriť vlastný; namiesto toho je to skákací bod, ktorý môžete použiť na preskúmanie vlastných stavieb a návrhov.

Krok 1: Krok 1: Hardvér

V prvom rade budete potrebovať podvozok pre svojho robota. Počas mnohých experimentov s 3D tlačenými návrhmi rovera som sa rozhodol používať drahocennú hračku od detstva. Rádio Shack RAMINATOR vyzeral skvele, s veľkými pneumatikami, pohonom všetkých štyroch kolies a funkčným odpružením hneď po vybalení. Aj keď je optimalizovaný na rýchlosť nad krútiacim momentom, rozhodol som sa, že ako základ môjho projektu rover to bude fungovať dobre. Po vytrhnutí hračkárskeho RC hardvéru som motor nahradil kartáčovaným ESC Hobbyking, pričom som odstránil pôvodné nastavenie riadenia a nahradil ho odolným servom. Lítium -polymérové batérie boli nainštalované, aby SOLARBOI vydržal pracovať hodiny v kuse.

Keďže mechanika nie je v prevádzke, ďalším dôležitým faktorom je ovládanie a ovládanie. Za týmto účelom som sa rozhodol pre Raspberry Pi Zero. Je navrhnutý tak, aby napil malé množstvo energie, je kompatibilný s periférnymi zariadeniami USB a je ideálny pre projekt pripojený k internetu. Ako bonus funguje dobre s periférnym zariadením Raspberry Pi, ktoré je kľúčom k tomu, aby sme mali prehľad o okolí robota, keď sme v teréne. Vybral som objektív fotoaparátu rybie oko pre SOLARBOI, ktorý nám ponúka široký záber, ktorý vám pomôže zorientovať sa vo svete ako celku. Pri pripojení späť na domácu základňu sa spoliehame na 4G dongle, ktorý nám dáva veľkú šírku pásma, ktorú potrebujeme na odosielanie príkazov robotovi a prijímanie videa späť.

Slnečná energia je kľúčom k misii SOLARBOI, odtiaľ pochádza aj názov. 20W solárny panel je vybavený tak, aby čo najviac využíval slnko, a to aj v dňoch, ktoré sú viac zatiahnuté ako slnečné. Používa sa na nabíjanie batérií počas dňa, takže SOLARBOI potom môže jazdiť v noci, mimo zvedavých očí a škodlivých votrelcov. Očividne, aj keď nízkoenergetický Pi Zero beží show, nemôžeme nechať bežať všetko inokedy by sme vybili batérie príliš rýchlo. Preto musí byť Pi väčšinu času vypnutý, ale zapínaný v pravidelných intervaloch, aby hlásil polohu SOLARBOI a umožnil nám prihlásiť sa a riadiť robota, kedykoľvek si budeme priať. Aby to dosiahol, Arduino Pro Micro spustí špeciálny program, ktorý zapne SOLARBOI na prvých 5 minút každú hodinu. Ak sa prihlásime k robotovi z Mission Control, zostane zapnutý, čo nám umožní misiu vykonať. Ak nerozpozná pripojenie, napája Raspberry Pi späť, aby šetrilo energiou a maximálne využívalo dostupnú slnečnú energiu. GPS sa používa aj na zaistenie toho, aby bol Mission Control vždy informovaný o polohe SOLARBOI. Jazda na vidieku v hlbokej noci môže byť veľmi náročná na navigáciu iba pomocou vizuálnych podnetov. GPS nám teda umožňuje udržiavať fixné umiestnenie robota a dosiahnuť naše ciele hlboko do regionálnej Austrálie.

Krok 2: Krok 2: Softvér

Očividne je dobré mať rover, ale na to, aby fungoval, potrebuje softvér. Softvér SOLARBOI sa neustále vyvíja, čo umožňuje lepší výkon a časom zlepšuje jednoduchosť použitia.

Rover používa Raspbian, predvolený operačný systém Raspberry Pi Zero. Mission Control beží na systéme Windows. To spôsobuje určité problémy s tým, že rôzne nástroje Linux je potrebné špeciálne nainštalovať do Mission Control. Nakoniec nám však toto nastavenie umožnilo najazdiť mnoho úspešných kilometrov so SOLARBOI a robí svoju prácu dobre. Video je streamované z robota späť do Mission Control cez Gstreamer. Je ťažké ho používať a nie je dobre zdokumentovaný pre začiatočníkov. Umožňuje nám to však mať audio a video stream s nízkou latenciou z robota, ktorý je dostatočne dobrý na to, aby sme mohli jazdiť bez prílišných problémov. Vyskytujú sa výpadky a existujú určité oneskorenia, ale keď staviate prvých robotov na objavovanie krajiny, vyťažíte to najlepšie, čo máte! Streamovanie sa vykonáva v natívnom H264 z kamery Raspberry Pi, aby sa zabránilo prílišnému zaťažovaniu Pi Zero transkódovaním za chodu. Ovládanie robota je pomocou vlastného kódu Python s architektúrou server/klient. Pomocou knižníc ako PiGPIO a Servoblaster sme schopní v reálnom čase ovládať pohonný systém robota a ďalšie funkcie. Inštalácia je vďaka dobre vyvinutému ekosystému Raspberry Pi hračkou.

Na zobrazenie telemetrie na obrazovke používame v Pythone rôzne knižnice. Najdôležitejší je MatPlotLib, ktorý vykresľuje naše grafy batérií v Mission Control, ktoré nám umožňujú monitorovať výkonnosť SOLARBOI počas živej misie.

Krok 3: Krok 3: Veci, ktoré sa naučíte len v teréne

Žiadny plán neprežije prvý kontakt s nepriateľom, ako sa hovorí. Práve takýmto spôsobom absolvoval SOLARBOI mnoho pokusov o pokus o navigáciu do starodávnej telefónnej schránky hlboko vo vidieckom Novom Južnom Walese. Toto sú lekcie, ktoré sa často dajú získať iba v teréne, a tie, ktoré sme sa naučili ťažko. Kultúra je hlavným záujmom. Ak robot vystupuje zo svojho okolia, môžu ho ľahko nájsť okoloidúci pri nabíjaní počas dňa. Vzhľadom na malé rozmery a hmotnosť plošiny mohol byť SOLARBOI ľahko ukradnutý alebo zničený, čím by zlyhal vo svojej misii. Toto je riziko, ktoré podstupujeme pri každom nasadení vo voľnej prírode. Aby sa to zmenšilo, SOLARBOI je natretý zelenou fádnou povrchovou úpravou v snahe splynúť s ním. Nájdenie bezpečného priestoru na nabíjanie s dostatkom slnečného svetla, ale minimálna viditeľnosť je neustála výzva. Napriek silným povereniam spoločnosti SOLARBOI v teréne nedokáže prekonať všetky prekážky. na svojej ceste. V minulosti sme mali problémy s uviaznutím na skalách alebo vrážaním do malých stromov. Väčšinou za to môže fotoaparát so zlým zorným poľom, nízkou úrovňou svetla v noci a extrémnou únavou zo strany operátora. Cieľom našich inovácií na lepšie svetlomety a šošovky rybieho oka je predísť tomuto problému v budúcnosti. Pomalá a plynulá jazda, a nie rýchlosť, je tiež dobrou mantrou na život, aby ste sa vyhli nárazom do predmetov, keď idete s oneskorením videa 500 ms. Jednoduché nasadenie v krajine prináša svoje vlastné problémy. Znamená to, že hardvér SOLARBOI musí byť v špičkovej forme, aby nebola zbytočná mnohohodinová cesta do oblasti nasadenia. To nás stálo veľa benzínu a času pri minulých misiách a niečomu sa chceme v budúcnosti dôsledným testovaním vyhnúť. Pri nasadení robota na diaľku je to však niečo, čo je potrebné zvážiť. Nakoniec, dobré vybavenie v Mission Control je nevyhnutnosťou. Caffiene musí byť po ruke, aby bola posádka ostražitá a v strehu, a tiež voda, aby si udržala správnu hydratáciu. Jasná a aktuálna telemetria je tiež nápomocná pri rýchlej diagnostike problémov a videosekvencia s nízkou latenciou bez výpadkov je najlepšia pre plynulú jazdu v austrálskej divočine. To tiež umožňuje vodičovi v prípade potreby maximálne využiť rýchlosť SOLARBOI, aby sa vyhli okoloidúcim autám, divokej zveri alebo Mačke Shackleton, s ktorou sme sa stretli v misii 1. Celkovo má SOLARBOI v budúcich misiách oveľa ďalej a v ideálnom prípade strávi mnoho mesiacov v teréne objavovaním široko ďaleko. Ak chcete sledovať cestu SOLARBOI, sledujte ju na Twitch.tv a Youtube a užite si nižšie uvedené misie! Ako vždy, ďalšie dobrodružstvá prídu, pretože SOLARBOI sa bude vyvíjať a cestovať stále ďalej z domova!