Vreckový špionážny robot: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Nudíte sa počas výluky? Chcete preskúmať temnú ríšu pod pohovkou v obývacej izbe? Potom je špionážny robot vreckovej veľkosti pre vás! Tento malý robot s výškou iba 25 mm je schopný odvážiť sa na miesta príliš malé na to, aby naň mohli ísť ľudia, a prostredníctvom praktickej aplikácie pre telefón dodáva všetko, čo vidí!

Požiadavky:

Skúsenosti s elektronikou na strednej úrovni

Základné znalosti o pytóne a malinovom pi

Veľké množstvo času

Zásoby

Diely:

• Raspberry pi Zero W (Nie WH, pretože nebudeme používať poskytnuté hlavičky)
• Malinový pi fotoaparát
• Karta SD pre Pi (najlepšie je 8 GB alebo viac)
• 2x 18650 batérie a držiak (Keďže nabíjací obvod nie je zabudovaný, nabíjačka tiež pomôže!)
• 2 x 300RPM 6V mikroprevodový motor
• Ovládač motora L293D
• LM7805 Regulátor napätia
• 22μF kondenzátor
• 10μF kondenzátor
• Zásuvné kolíky a zásuvky 2,54 mm SIL (2 x 8 dlhých sekcií)
• Kolíkové kolíky 2,54 mm pod uhlom 90 stupňov
• 10x zápustné skrutky M3 x 8 mm
• 4x zápustné skrutky M3 x 12 mm
• 14x matice nylock M3
• Súprava konektorov Dupont (zaobíde sa bez neho, ale výrazne uľahčuje život)
• Hliníková alebo oceľová tyč 5 mm x 80 mm
• Rozmanité drôty
• Spájkovacia doska

Náradie:

• Spájkovačka a spájkovačka
• Sada súborov
• Rôzne skrutkovače
• Remeselný nôž nejakého druhu
• Super lepidlo
• Strihač káblov
• Odizolovače drôtov
• Sada elektrických vŕtačiek a vrtákov (na vyčistenie otvorov v tlači sa použijú 3 mm a 5 mm)
• 3D tlačiareň (diely si však môžete nechať vytlačiť a odoslať ktoroukoľvek z mnohých takýchto služieb)
• Mini píla
• Multimeter
• Elektrická páska

Krok 1: Zostavenie podvozku

Docela skoro som si to uvedomil, zatiaľ čo gafferová páska je neuveriteľná, pravdepodobne by sa nemala používať na výrobu robustného podvozku, takže 3D tlač bola ďalšou zrejmou voľbou (V určitom okamihu túto stiahnem, hneď ako Urobím, že to odovzdám.) Diely sú navrhnuté tak, aby boli prilepené k sebe prepojenými časťami, ktoré sú vidieť na vyššie uvedených fotografiách, pretože používam tlačiareň Elegoo Mars, ktorá vytvára krásne výtlačky, ale bohužiaľ má dosť malú konštrukčnú dosku. Tu nastupujú súbory a superlepidlo. Hrany označené vyššie bude potrebné založiť nadol, kým sa pohodlne nezmestia do štrbín ďalšieho dielu. Zistil som, že keďže 3D tlačiarne nie sú dokonalé, je to najlepší spôsob, ako získať perfektne sedí. Akonáhle je podanie hotové, prilepte diely k sebe! (Len nie prsty, ako som sa už mnohokrát naučil) Pri lepení dielov k sebe ich odporúčam položiť na rovný povrch, aby ste zaistili, že budú rovné. (Ich zváženie môže v tomto pomôcť)

Niekoľko otvorov bude potrebné vyvŕtať 5 mm vrtákom (označeným na 5. obrázku), treba to urobiť veľmi opatrne alebo pomocou kruhového pilníka, aby sa minimalizovalo riziko prasknutia súčiastky. Aby bola montáž neskôr jednoduchšia, všetky 3 mm otvory v šasi je potrebné vyvŕtať 3 mm vrtákom, aby skrutky dobre sedeli. Tiež na spodnej časti podvozku je séria šesťuholníkových výrezov, do ktorých sa zmestia nylocky, stojí za to použiť malý súbor na ich rozšírenie, ak matice ľahko nezapadajú. Zistil som, že je oveľa lepšie navrhnúť presnú veľkosť a potom materiál podľa potreby odstrániť, pretože to najlepšie vyhovuje.

Časti na tlač:

• Podvozok1.stl
• Podvozok2.stl
• Podvozok3.stl
• Podvozok4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Koleso1.stl
• 2x Wheel2.stl
• top.stl

Krok 2: Okruh

Pretože celý bod projektu je kompaktný, obvod na napájanie samotného pi a motorov je zabudovaný do jednej dosky, ktorá sedí na vrchole pí podobne ako HAT a spája sa štrbinou do hlavičiek spájkovaných s GPIO. Pretože sú motory dosť malé a nevyžadujú veľký prúd, použil som na ich napájanie dvojitý H-mostíkový motorový regulátor L293D, pretože GPIO Pi môže byť poškodené, ak sa používa na pohon motorov (spätný EMF a podobne, ako aj nadprúd)). Duálny mostík H používa sadu tranzistorov NPN a PNP tak, že ak sú tranzistory Q1 a Q4 napájané a umožňujú tak prechod prúdu, motor sa bude otáčať dopredu. Ak sú napájané Q2 a Q3, prúd preteká motorom v opačnom smere a otáča ho dozadu. To znamená, že motor je možné točiť v oboch smeroch bez použitia relé alebo iných komponentov a umožňuje nám napájať motor oddelene na pi, nie ho ťahať.

LM7805 poskytuje pí napájanie cez 5v GPIO pin, ale nemal by sa používať na napájanie L293D, pretože pi môže vyžadovať takmer celý 1A výstup 7805, takže je najlepšie neriskovať jeho roztavenie.

Bezpečnosť:

Ak je obvod postavený nesprávne a do pí je poskytnutých viac ako 5 V alebo je vložený cez iný kolík, pi bude neopraviteľne poškodené. Čo je dôležitejšie, obvod by mal byť dôkladne skontrolovaný a testovaný na skraty, najmä naprieč vstupmi batérií, pretože LiPo majú tendenciu spôsobovať problémy, *kašeľ *, výbuchy pri skratovaní, tomu by ste sa mali pravdepodobne vyhnúť. Našiel som najlepší spôsob, ako to otestovať, a to otestovať obvod zapojením 4-bloku batérií AA na vstup a zmeraním výstupného napätia multimetrom. Každopádne, bezpečnostným veciam je koniec, urobme spájkovanie!

Doska by mala byť postavená podľa schémy zapojenia vyššie a v podobnej konfigurácii ako môj obvod, pretože toto rozloženie sa úhľadne hodí k pí a ešte nevybuchlo LiPos (palce). Je dôležité, aby ste dodržali nižšie uvedené poradie, pretože vodiče budú vedené v blízkosti alebo cez iné vodiče a kolíky. Toto poradie znamená, že tieto vodiče sú vyrobené ako posledné, aby sa zabránilo skratom. Pri spájkovaní na kolíky záhlavia je dôležité ich zasunúť do náhradnej časti záhlavia, aby sa zaistilo, že sa pri zahrievaní nepohybujú.

Kroky:

1. Rozrežte dosku na veľkosť a vyrežte hladký okraj (môj používa 11 radov po 20 radoch a na ich kódovanie má pomocné písmená a čísla) S týmto súradnicovým systémom uvediem polohy kolíkov na doske, aby bol život jednoduchší. Keďže doska je obojstranná, budem stranu smerujúcu k pí označovať ako stranu „B“a stranu vzdialenú od pí ako stranu „A“.
2. Spájkujte L293D a LM7805 na miesto, ľavý horný kolík L293D je na strane B v polohe C11. LM7805 bude potrebovať ohnutie výstupných kolíkov tak, aby kovová zadná strana čipu ležala naplocho na doske, ľavý kolík by mal byť v polohe P8.
3. Spájkujte kolíky záhlavia na svoje miesto, najskôr by ste mali kratšiu stranu kolíkov zatlačiť cez čierny blok, kým nebudú ploché oproti hornej časti uvedeného bloku. Mali by byť zasunuté zo strany A pravým dolným rohom do otvoru T1 a spájkované zo strany B, ako je znázornené a zdokumentované na obrázkoch vyššie. Keď je to hotové, jemne odrežte čierne bloky a zasuňte 2 rady kolíkov do zodpovedajúcich hlavičiek, ktoré by sa zatiaľ nemali spájkovať s pí, tieto zaistia, aby sa kolíky pri spájkovaní nepohybovali.
4. Ďalej spájkujte kolíky motora a batérie, 4 široké pre motor a 2 široké pre batériu. Kolíky batérie by mali byť umiestnené v drážkach J4 a K4 na strane B, kolíky motora medzi L2 a O2 na strane B.
5. Dva kondenzátory je potrebné teraz spájkovať, obidva zo strany B. Anóda (kladná časť) kondenzátora 22 μF by mala byť v štrbine P10 na strane B a pred zostrihaním zvyškov by mala byť spájkovaná so zostávajúcou časťou nohy na P8. Katóda (negatívna noha) by mala byť umiestnená cez otvor P11 a ohnutá, ako je vidieť na obrázku, aby sa spojila s P7 (katóda 7805). Anóda kondenzátora 10μF by mala byť umiestnená cez slot P4 a noha spájkovaná na kolík P9, katóda by mala byť umiestnená cez slot P3 a pripojená k P7 rovnakým spôsobom ako druhý kondenzátor.
6. Pripojovacie vodiče by mali mať cesty zobrazené na vyššie uvedených obrázkoch, takže aby som ušetril čas na čítanie, zostavil som zoznam pinov, ktoré by nimi mali byť spojené, v uvedenom poradí a so špecifikovanými stranami, zadaná strana je strana, v ktorej je izolovaná časť drôt spočíva na. Súradnice budú naformátované tak, že prvé písmeno označuje stranu a za ňou súradnicu. Napríklad, ak by som mal pripojiť kolík L293D k výstupu, rovnaký otvor, ktorý používa kolík, by sa nedal použiť, takže susedný otvor by bol, kolík, ku ktorému sa vodič pripája, bude umiestnený po oboch stranách otvorov, cez ktoré prechádzajú.. Vyzerá to ako B: A1-A2 až G4-H4, pričom drôt prechádza otvormi A2 a G4. Poznámka: Na mojich fotografiách strana A nemá žiadne písmená, predpokladajme, že to bude zľava doprava.
7. Pretože ste už spájkovačku vytiahli, teraz je vhodný čas na spájkovanie vodičov motora a batérie, preto by som odporučil asi 15 cm pre vodiče motora, ktoré by mali byť spájkované vodorovne so zadnou doskou motora, aby sa ušetrilo miesto., fotografia tohto je vyššie. Na druhom konci vodičov motora sú potrebné konektory, po zalisovaní by som do nich odporučil vložiť malé množstvo spájky, aby sa zaistilo pevné spojenie. Červený vodič z jedného držiaka batérie by mal byť spájkovaný s čiernym vodičom druhého tak, aby medzi nimi zostal asi 4 cm, ďalšie dva drôty potrebujú každý asi 10 cm, ale namiesto toho potrebujú na pripojenie k doske konektor pripojený na koniec.

Elektrické vedenie:

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 N7-07
9. Na strane A sú všetky vodiče k tejto strane spájkované, neprechádzajú nimi žiadne vodiče, takže sú potrebné iba 2 súradnice.
10. A: O4 až O2
11. A: O5 až N2
12. A: O10 až M2
13. A: O7 až P2
14. A: R4 až Q2
15. Odpoveď: Uzemňovacie kolíky O7, O8, R7 a R8 by mali byť prepojené.
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

Odporúčam to skontrolovať podľa vyššie uvedenej schémy zapojenia, aby ste pred testovaním zaistili správne zapojenie. Testovanie obvodu by sa malo vykonať s multimetrovou sadou na testovanie konektivity. Piny, ktoré by ste mali skontrolovať, sú nasledujúce, ale ak už máte skúsenosti s elektronikou, otestujte čo najviac. Kontrola: Vstupné kolíky batérie, kolíky motora, všetky kolíky záhlavia pre pi a vstup a výstup 7805 proti zemi.

Krok 3: Nastavenie Pi

V tomto návode predpokladám, že váš pi je už nastavený pomocou obrázka a je pripojený k internetu. Ak pi nastavujete prvýkrát, navrhujem, aby ste na inštaláciu obrázku použili nasledujúceho sprievodcu z ich webových stránok:

www.raspberrypi.org/downloads/

Zistil som, že život je oveľa jednoduchší, ak môžete pracovať s pi, kým ste stále v robote, ale keďže je port HDMI blokovaný nerovnováhou, vzdialená pracovná plocha je ďalšou najlepšou vecou. Toto je veľmi jednoduché nastaviť pomocou balíka s názvom xrdp a protokolu RDP spoločnosti Microsoft (vstavaného do systému Windows, takže na tomto konci nedochádza k žiadnym chybám).

Ak chcete nastaviť xrdp, najskôr sa uistite, že je vaše pi aktualizované spustením príkazov „sudo apt-get update“a „sudo apt-get upgrade“. Ďalej spustite príkaz 'hostname -I', ktorý by mal vrátiť miestnu IP adresu pí a môžete ísť! Na počítači stlačte kláves Windows a otvorte program s názvom „Pripojenie k vzdialenej ploche“, potom do poľa Počítač zadajte IP adresu vášho pi a za ním používateľské meno „pi“, ak ste to nezmenili, stlačte kláves Enter a pripojenie bude zriadený s pí.

Prvý balík, ktorý budete potrebovať, je pre fotoaparát, pretože toto nie je moja oblasť znalostí, pridal som k tomu odkaz na oficiálneho sprievodcu, ktorý sa mi osvedčil.

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

Akonáhle budete postupovať podľa tejto príručky a nainštalovať softvér vyššie, ste pripravení prejsť na ďalší krok!

Krok 4: Kód

Najprv s kódom, programovanie nie je ani zďaleka moja obľúbená časť robotiky, takže aj keď je program plne funkčný, štruktúra nepochybne nie je dokonalá, takže ak si s ním všimnete nejaké problémy, veľmi by som ocenil spätnú väzbu!

Stiahnite si priložený súbor python do svojho súboru pi, umiestnite ho do priečinka Dokumenty a potom otvorte terminál a začnite nastavovať automatické spustenie. Aby sme sa ubezpečili, že nepotrebujete vzdialenú pracovnú plochu na pi vždy, keď chcete použiť robot, môžeme nastaviť pi tak, aby pri štarte spustil program. Spustite nastavenie zadaním príkazu „sudo nano /etc/rc.local“do terminálu, ktorý by mal vyvolať textový editor na báze terminálu s názvom Nano, posuňte sa do spodnej časti súboru a nájdite riadok s textom „exit 0“, vytvorte nad tento nový riadok zadajte „sudo python/home/pi/Documents Spy_bot.py &“. Tým sa pridá príkaz na spustenie súboru python ako vhodnosti procesu zavádzania, pretože náš program bude bežať nepretržite, pridáme „&“, aby sa proces rozšíril, čo umožní pí dokončiť zavádzanie programu, a nie opakovať tento program. Ak chcete ukončiť nano, stlačte kombináciu klávesov ctrl+x a potom y. Po návrate späť na terminál zadajte príkaz „sudo reboot“, aby ste reštartovali pi a použili zmeny.

Ak sa motory otáčajú nesprávnymi smermi, otvorte v textovom editore súbor Spy_bot.py a posuňte sa na časť kódu v motore, ktorá bude označená pokynmi na presné čísla na výmenu. Ak sú ľavý a pravý motor vymenené, je to možné buď opraviť v kóde, alebo výmenou káblov. Ak sa chcete vyhnúť tomu, aby ste to znova rozobrali, vymeňte ľubovoľných 12 vo funkcii motora za 13 a 7 za 15..

Kód je anotovaný podrobnými informáciami o tom, čo jednotlivé sekcie robia, aby ho bolo možné ľahko upravovať a porozumieť mu.

Krok 5: Dajte to všetko dohromady

Montáž motorov:

Keď ste už zlepili podvozok a nastavili pi, ste pripravení zostaviť robota! Začnite najlepšie s motormi, ich držiaky sú navrhnuté tak, aby tesne priliehali, takže je pravdepodobné, že na malé výstuhy na vnútornej strane, ktoré sú označené na fotografii vyššie, bude potrebné malé množstvo pilníkov. Otvory na konci týchto ventilov môžu tiež potrebovať mierne rozšírenie, aby do neho zapadala vyvýšená zlatá časť na konci motorov. Akonáhle sa motory tesne zmestia do skriniek, môžete motor vybrať a priskrutkovať skrine do ich polohy na zadnom konci robota pomocou skrutiek a nylokov M3 x 8 mm a potom motory zasunúť späť na svoje miesta.

Pripojenie elektroniky:

Ďalej je možné držiaky batérie a malinový pi priskrutkovať na miesto pomocou skrutiek M3 x 8 mm a nylokov podľa fotografií, montážne otvory v bode pi nula možno bude potrebné mierne rozšíriť, pretože skrutky budú tesné, čo je najbezpečnejší a najlepší spôsob, ako to urobiť. je to s malým okrúhlym súborom a veľkou opatrnosťou. Stojí za to položiť vodiče batérie a motora pod miesto, kde ide pi, pretože to robí celé nastavenie oveľa úhľadnejším bez voľných káblov všade.

Teraz je načase pridať kameru, ktorú je možné zasunúť do 4 kolíkov v prednej časti šasi, pričom kábel je už vzadu, druhý koniec plochého kábla by ste mali jemne zložiť do otvoru pre fotoaparát v pi, s kontaktmi kábla smerom nadol, dávajte pozor, aby ste plochý kábel neohýbali, pretože bývajú dosť krehké.

Montáž vrchnej dosky:

6 podpier by malo byť 19 mm dlhých, ak nie, mal by prácu vykonať slušný kovový pilník, keď sa tak stane, mali by byť priskrutkované k hornej strane podvozku novým koncom proti plastu, ak je to použiteľné. Teraz je možné na ne priskrutkovať hornú dosku a dbať na to, aby ste pod ňu jemne zložili plochý kábel.

Pridanie koliesok:

Na posledný krok, kolesá! Dve kolesá s menšími stredovými otvormi by mali byť vyvŕtané do 3 mm, aby zodpovedali hriadeľom motora, ak je však vaša 3D tlačiareň kalibrovaná na vysokú úroveň, nemalo by to byť potrebné. Štvorhranné otvory na všetkých kolesách sa budú musieť mierne rozšíriť, aby bolo možné do nich vložiť nylock, keď sa to urobí, M3 x 12 mm a nylock musí zapadnúť do každého kolesa a dotiahnuť natoľko, aby hlava skrutky bola v úrovni okraj kolesa. Zostávajúce dve kolesá sa budú musieť rozšíriť rovnakým spôsobom ako ostatné, ale na 5 mm, aby sa zmestili na nápravu. Akonáhle sú kolesá pripravené, odporučil by som použiť nejakú formu elektrickej pásky alebo gumičky, aby ste k nim pridali priľnavú plochu. Ak sa používa páska, stačí asi 90 mm na to, aby ste ju raz obehli. Zadné kolesá sú teraz pripravené na pripevnenie. Najľahší spôsob je otočiť hriadeľ motora tak, aby plochý povrch smeroval nahor, a priskrutkovať koleso skrutkou smerujúcou nadol, pričom medzi kolesom a kryt motora, aby nedošlo k zachyteniu. Prednú nápravu je teraz možné umiestniť cez predné bloky a pripevniť kolesá.

Tento krok by mal projekt ukončiť. Dúfam, že bol informatívny a ľahko sledovateľný, a hlavne zábavný! Ak máte nejaké návrhy, otázky alebo vylepšenia, ktoré môžem urobiť, dajte mi vedieť, rád odpoviem na všetky otázky a v prípade potreby aktualizujem tento návod.