3D tlačený nulový robot Raspberry Pi: 12 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Chceli ste niekedy postaviť robota, ale jednoducho ste nemali všetky materiály na to, aby ste ho mohli postaviť bez toho, aby ste skončili so zbytočne objemným podvozkom? 3D tlačiarne sú tu, aby zachránili deň! Nielenže môžu vytvárať diely, ktoré sú kompatibilné s prakticky akýmkoľvek hardvérom, ale môžu to urobiť aj veľmi priestorovo efektívnym spôsobom. Tu vám ukážem, ako vytvoriť veľmi základného robota, ktorý ponúka 3D tlačené diely, Raspberry Pi Zero a Pi Camera. Odporúčam vám, aby ste prevzali a upravili to, čo som urobil, aby zodpovedali vašim praktickým alebo zábavným potrebám. Na ovládanie robota a sledovanie kanála kamery som postavil aplikáciu IOS (aplikácia PiBotRemote), ktorú môžete používať a upravovať. Skutočná sila v takýchto projektoch však pramení z rozmanitosti možností hardvéru a softvéru. Preto by som vás povzbudil, aby ste boli kreatívni a pridali k tomu, čo som urobil, podľa toho, ako to viete. Myslím si napríklad, že by bolo skvelé nechať tohto robota používať strojové videnie na rozpoznanie okolia a navigáciu podobne ako samoriadiace auto.

Krok 1: Požiadavky

• Materiály

  • Povinné (zhruba 75 dolárov)

    • Raspberry Pi Zero W (10 dolárov)
    • Karta Micro SD (8,25 dolárov)
    • 40 -pinová hlavička (3,25 dolárov)
    • Prepojovacie vodiče (6,86 dolára)
    • USB batéria (5,00 USD)
    • 2 x mikro prevodový motor 900 ot./min. (12,95 dolára za kus)
    • Ovládač motora (4,95 dolárov)
    • Kolesá (6,95 dolárov)
    • 14 mm oceľové guličkové ložisko (0,62 USD)
    • Skrutky, matice a pätky (pozri nižšie)

  • Voliteľné (zhruba 45 dolárov)

    • LED diódy
    • Fotoaparát Raspberry Pi (29,95 dolárov)
    • Adaptér fotoaparátu Pi Zero (5,95 dolárov)
    • Servomotor (8,95 dolárov)

  • Nástroje

    • 3D tlačiareň a vlákno
    • Počítač (budem používať mac a budete ho potrebovať, ak chcete používať aplikáciu PiBot Remote)
    • iPhone/iPad/iPod Touch (Ak budete aplikáciu používať)
    • Vŕtačka
    • Skrutkovač s vymeniteľnými hrotmi

Viac informácií o častiach

• Pi Zero: Ak chcete používať Pi Zero iba na tento projekt, bude vám dobre behať bez hlavy stále. V opačnom prípade, ak budete niekedy chcieť pripojiť výstup HDMI alebo periférne zariadenie USB, budete si musieť kúpiť ďalšie adaptéry. V tomto prípade je s najväčšou pravdepodobnosťou nákladovo najefektívnejšou možnosťou nákupu súpravy Pi Zero, ako je táto (24 dolárov), ktorú som kúpil z Amazonu. Aj keď som si stále musel kúpiť kartu micro SD, táto súprava bola dodávaná s Pi Zero, oboma potrebnými adaptérmi a mnohými rôznymi hlavičkami. To všetko môže byť užitočné.
• Karta Micro SD: Môžete použiť akúkoľvek kartu Micro SD, pokiaľ má minimálne 8 GB úložného priestoru.
• Jumperové drôty: Mám rád tieto prepojky, pretože prichádzajú ako prepojený zväzok. To mi umožňuje oddeliť povedzme 9-vodičovú sekciu a úhľadne prepojiť Pi a ovládač motora.
• Batéria USB: Batéria, ktorú som kúpil zo Sparkfunu, bola medzitým prerušená. V dôsledku toho ho budete musieť nájsť inde. Ten, ktorý som prepojil, vyzeral podobne ako môj, ale nekúpil som ho a možno budete musieť upraviť tlačové súbory tak, aby zodpovedali vašej batérii. Uistite sa, že nájdete batériu s pripojeným káblom micro USB, pretože vám to umožní zapojiť priamo do pí bez prebytočného vodiča.
• Ovládač motora: Odporúčam použiť potápača, s ktorým som sa spojil, pretože je dosť lacný a tlač je navrhnutá tak, aby sa presne hodila na túto dosku. Ostatné dosky môžu navyše fungovať odlišne a môžete mať rôzne výsledky.
• 14 mm oceľová guľa: Použil som túto loptu jednoducho preto, že som ju náhodou položil. Neváhajte použiť aj iné veľkosti, ale možno budete musieť zmeniť veľkosť zásuvky. Lopta bude slúžiť ako 3. koleso pre nášho robota. Toto je jedna z oblastí dizajnu môjho robota, ktorá je v súčasnosti najproblematickejšia a mohla by využiť najviac vylepšení. Aj keď funguje dobre na hladkých a tvrdých povrchoch, má problémy s kobercami a drsnejšími povrchmi. Neváhajte zmeniť túto oblasť svojho dizajnu.
• Skrutky, matice, odstupy: Možno budete musieť trochu zapracovať, aby ste našli skrutky, ktoré vám budú vyhovovať. Jednoducho som našiel skrutky upevňujúce Pi, ako aj skrutky, ktoré držia držiak Pi kamery pohromade v zbierke skrutiek môjho otca. Na držiaky a zásuvky motora som použil tieto skrutky (2,95 dolárov) a tieto matice (1,50 dolára), ktoré sú k dispozícii na Sparkfun. Vzpery a 8 skrutiek (na obrázku som omylom zaradil iba 4), ktoré držia robota pohromade, som vybral z nepoužitých súprav VEX mojej školy.
• LED diódy: Som si istý, že viete, kde vám ľahko nájdeme niekoľko diód LED. Vyberte si farby, ktoré chcete reprezentovať funkcie: napájanie, pripojenie, cesta prehrávania robota a pokyny pre príjem robota.
• Fotoaparát a servo: V závislosti od toho, čo chcete s robotom vykonávať, sa môžete rozhodnúť, že kameru a servo nezahrniete, pretože nie sú potrebné pre základný pohyb, a k cene robota pridajte 45 dolárov.

Krok 2: Nastavenie Pi Zero

Kliknutím na tento odkaz nastavíte na svojom Raspberry Pi Zero W bezhlavú inštaláciu

• Nezabudnite, že Pi Zero sa nemôže pripojiť k sieti Wi-Fi 5 GHz
• Postupujte podľa pokynov pre Raspbian Stretch alebo novší

Akonáhle sa úspešne pripojíte cez SSH k vášmu pí, spustite

sudo raspi-config

a zmeniť nasledujúce konfigurácie:

• Zmeň si heslo. Je veľmi nebezpečné ponechať predvolené heslo malinové. Toto heslo si zapamätajte.
• V časti Možnosti siete zmeňte názov hostiteľa z raspberrypi na niečo kratšie ako pizero alebo pibot. Na zvyšok tohto tutoriálu použijem pibot. Nezabudnite si zapamätať, čo ste sem uviedli.
• V možnostiach bootovania -> Desktop / CLI vyberte Automatické prihlásenie konzoly
• Prejdite na možnosti rozhrania a povoľte fotoaparát

Vyberte položku Dokončiť a reštartujte zariadenie.

Krok 3: Nastavte sieť AdHoc

Vytvorením siete AdHoc budeme môcť pripojiť naše riadiace zariadenie priamo k robotovi bez akýchkoľvek sprostredkovateľov. To umožní rýchlejšie streamovanie videa a nižšiu latenciu ovládania. Tento krok však nie je potrebný, pretože všetko bude naďalej fungovať prostredníctvom bežnej siete Wi -Fi.

Najprv budete musieť stiahnuť a rozbaliť všetky potrebné súbory z GitHub. V termináli prejdite do stiahnutého priečinka a odošlite priečinok PiBotRemoteFiles na pi pomocou príkazu:

scp -r PiBotRemoteFiles/ [email protected]: Desktop/

To pošle všetky potrebné súbory robotovi, ktorý ho bude ovládať a nastaviť sieť AdHoc. Uistite sa, že súbory sú v priečinku s názvom „PiBotRemoteFiles“, ktorý sa nachádza na ploche; inak veľa vecí zlyhá po ceste. Ak budete používať aplikáciu PiBot Remote, v nastaveniach aplikácie môžete prepínať medzi bežnou sieťou Wi-Fi a sieťou AdHoc. V opačnom prípade ho môžete manuálne zmeniť pomocou SSH pomocou jedného z nasledujúcich príkazov:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Pred spustením predchádzajúcich príkazov sa samozrejme uistite, že ste prešli do priečinka PiBotRemoteFiles. Akákoľvek zmena medzi AdHoc a Wi-Fi sa prejaví až po nasledujúcom reštarte. Ak je nastavený AdHoc, pri spustení Pi Zero by sa mala zobraziť sieť PiBot.

Krok 4: Pridajte kontrolku LED napájania

Aj keď je to určite zbytočné, môže byť užitočné mať kontrolku napájania. Aby ste to aktivovali, SSH do Pi Zero a spustite príkaz:

sudo nano /etc/bash.bashrc

A na koniec súboru pridajte nasledujúci riadok:

python /home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

Neskôr zmeníme pin GPIO spojený s diódou LED napájania.

Krok 5: Nastavenie webového rozhrania RPi Cam

Aby sme sa mohli zapojiť do video streamu Raspberry Pi Cameras, použijeme webové rozhranie RPi-Cam-Web. Informácie o tomto module nájdete tu a ich kód je na GitHub. Na nainštalovanie modulu musíme najskôr aktualizovať náš Pi. To môže trvať približne 10 minút.

sudo apt-get aktualizácia

sudo apt-get dist-upgrade

Potom musíme nainštalovať git:

sudo apt-get install git

A konečne môžeme modul nainštalovať:

klon git

RPi_Cam_Web_Interface/install.sh

Po inštalácii modulu sa zobrazí konfiguračné okno. Ak chcete pridať používateľské meno a heslo, použite rovnaké používateľské meno a heslo ako účet pi. V opačnom prípade aplikácia PiBot Remote nebude môcť prijímať stream z kamery.

Ak teraz prejdete na prehliadač na zariadení v rovnakej sieti ako Pi a ak je kamera pripojená k pí, môžete stream prijímať na adrese https://pibot.local/html/#. Rozhranie RPi umožňuje jednoduché ovládanie fotoaparátu a kliknutím alebo kliknutím na video sa môže zobraziť na celú obrazovku. Neskôr to použijeme s diaľkovou aplikáciou PiBot.

Teraz sme nastavili Pi Zero, aby sme sa pobavili!

Krok 6: Vytlačte všetko

Napriek tomu, že som použil 3D tlačiareň Dremel s vláknom PLA, neváhajte použiť svoje vlastné tlačiarne a materiály. Všetky súbory STL sú v priečinku, ktorý ste stiahli z GitHub. Bol som schopný vytlačiť všetko v štyroch dávkach: horná doska, spodná doska, všetky držiaky a zásuvky a krúžok. Pri výbere farieb buďte kreatívni a naplno využite možnosti 3D tlačiarní. Moja tlačiareň nemala dvojité vytláčanie ani žiadne iné vymyslené funkcie, ale ak máte k takejto tlačiarni prístup, odporučil by som vytlačiť ozdoby na vrchnú časť hornej dosky kontrastnou farbou. Pravdepodobne budete musieť pilník a vŕtať, aby niektoré kusy pasovali.

Neváhajte namaľovať hornú dosku, aby boli viditeľné symboly a dekorácie LED.

Možno ste si všimli dva úchyty na koncoch spodnej dosky, ktoré pripomínajú montážny systém GoPro. Nebojte sa ich použiť na pripevnenie čohokoľvek, čo sa vám páči, na prednú alebo zadnú stranu robota. V súbore mixéra nájdete držiak značky na suché vymazanie, ktorý som použil, ako aj objekt šablóny, ktorý môžete upraviť tak, aby držal váš objekt.

Nebojte sa definovať ani smer dopredu; Doteraz som vymenil najmenej trikrát.

Krok 7: Pájka na hlavičkách

Aj keď som sa rozhodol spájkovať na hlavičkách k PiZero, drôty ste mohli spájkovať priamo k pí. Ak sa rozhodnete spájkovať hlavičky ako ja, odporučil by som použiť ten s pravým uhlom, ako mám ja. Drží drôty oveľa viac skryté a všetko vyzerá oveľa elegantnejšie.

Teraz je čas spájkovať ovládač motora. Spodná doska je navrhnutá špeciálne pre tento motorový ovládač Sparkfun a umožňuje priestor pre hlavičku kolíka, aby vyčnievala zo spodnej časti. To umožňuje jednoduchú výmenu kolíkov motora, aby ste ich mohli striedať vľavo a vpravo a vpred a vzad. Aj keď teraz uvádzam nasledujúci krok, dôrazne by som odporučil počkať niekoľko krokov, kým nebudete presne vedieť, aké dlhé musia byť vaše vodiče. Odrežte 9-vodičovú časť prepojovacích kolíkov, ktoré sú kompatibilné s kolíkovými konektormi, ktoré ste práve spájkovali s pi. Opatrne spájkujte každý vodič, aby skupina mohla spoločne ležať naplocho a omotať sa okolo batérie. Vopred odmerajte dĺžku drôtu, aby ste neskončili s príliš malým alebo príliš veľkým počtom.

Nakoniec je čas spájkovať LED diódy. Prilepte ich na príslušné miesta na hornej doske a sklopte všetky uzemňovacie kolíky na seba. Pripájajte jeden vodič k zemi a jeden vodič ku každej dióde LED. Funkcie LED zľava doprava sú tieto: napájanie robota, pripojenie aplikácie k robotovi, robot prehráva uloženú cestu a robot prijíma pokyny.

K každému motoru tiež spájkujte vodiče, aby sa mohli zapojiť do hlavičiek pochádzajúcich z vodiča motora.

Krok 8: Zaskrutkujte motor a zásuvku

Najprv vložte každý motor do držiaka motora. Potom zaskrutkujte každú skrutku čiastočne, kým sa hrot nedostane na povrch držiaka alebo zásuvky. Potom pre každú skrutku držte na mieste maticu na druhej strane platne, zatiaľ čo každú skrutku utiahnete. Pri naskrutkovaní druhého umiestnite ložisko medzi dve objímky. Umiestnite ovládač motora na svoje miesto a zapojte motory. Nezáleží na tom, ktorý motor je zapojený do každého výstupu, pretože to môžete ľahko zmeniť, akonáhle bude robot v prevádzke.

Krok 9: Pripravte si fotoaparát a servo

Pripojte pásku adaptéra Pi Zero k fotoaparátu a zaskrutkujte puzdro kamery dohromady. Umiestnite servo do svojej polohy. Môžete vyvŕtať otvory pre skrutky pre servo, ale je to dosť pohodlné. Pripojte kameru k servu akýmkoľvek spôsobom, ktorý vám najlepšie vyhovuje. V súčasnej dobe mám v držiaku dva otvory, pričom sponka prechádza cez servo roh a puzdro na fotoaparát. To však ponecháva veľa miesta na krútenie, takže možno budete chcieť použiť super lepidlo. Namierte kameru akýmkoľvek smerom a naskrutkujte servo klaksón. Prevlečte pásku fotoaparátu cez štrbinu pri maline a zapojte ju do pí. Nakoniec stužku zložte tak, aby bola plochá pri batérii.

Krok 10: Dajte všetko dohromady

Konečne je čas, aby sa všetko stalo jedným kusom. Pripojte vodiče z diód LED, ovládača motora a serva k Pi tak, aby ste používali iba platné kolíky, ale držte ich blízko ich výstupu. Potom umiestnite drôty cez ich otvory a priskrutkujte pi na miesto. Je navrhnutý tak, aby dobre sadol a udržiaval veci v poriadku, takže sa nevzdávajte, keď sa zdá, že na tieto veľké jumperové kolíky nie je dostatok miesta.

Zaskrutkujte každú stojku do spodnej dosky, aby bola každá zaistená. Vložte batériu a zaistite, aby napájací kábel prešiel cez slot a do napájacieho portu Pi Zero. Omotajte okolo neho vodiče motora a okolo všetkého pripevnite krúžok. Akonáhle ste zatlačili všetky drôty do priestoru medzi batériou a hornou doskou, malý hrebeň na spodnej doske do krúžku a dva vysoké body na krúžku do hornej dosky. Teraz môžete vrchnú dosku pevne priskrutkovať a postavili ste robota!

Krok 11: Otvorte projekt Xcode

Nasledujúcich niekoľko krokov platí iba vtedy, ak budete používať aplikáciu PiBot Remote, ktorá vyžaduje počítač Mac a zariadenie IOS.

Pretože som lacný a nemám zaplatený účet Apple Developer, môžem zdieľať iba projekt Xcode, nie samotnú aplikáciu. Potom môžete projekt otvoriť sami, zmeniť podpis a spustiť ho na vlastnom zariadení.

Ak Xcode ešte nemáte, stiahnite si ho z obchodu s aplikáciami na počítači Mac. Akonáhle sa Xcode načíta, zvoľte „Otvoriť ďalší projekt“v pravom dolnom rohu a v priečinku na stiahnutie GitHub prejdite do priečinka „PiBot Remote“.

Po otvorení projektu kliknite na koreňový súbor v zobrazení úplne vľavo s názvom „PiBot Remote“.

Zmeňte „Identifikátor balíka“na jedinečný. Môžete nahradiť moje meno svojim menom alebo niečo pridať na koniec.

Zmeňte tím na svoj vlastný osobný účet. Ak ho nemáte, zvoľte „Pridať účet“.

Spustite príkazom B a dúfajte, že všetko funguje správne. Keď ste úspešne vytvorili projekt, zapojte svoje zariadenie do počítača. Kliknite na tlačidlo napravo od tlačidiel prehrávania a zastavenia v ľavom hornom rohu a vyberte svoje zariadenie.

Stlačte príkaz-R a aplikácia by sa mala spustiť na vašom zariadení. Vaše zariadenie môže pred spustením potrebovať overenie totožnosti a iba v tomto čase bude potrebovať prístup na internet.

Krok 12: Konečné úpravy

Čísla pinov môžete prispôsobiť všetkému okrem LED diódy napájania v aplikácii PiBot Remote. Ak chcete zmeniť kolík LED diódy napájania, SSH na PI a spustite príkaz:

/home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

Zmeňte dve inštancie 36 na akýkoľvek pin GPIO, ktorý ste použili. Potom stlačte klávesovú skratku Ctrl-X, y, zadajte.

Aplikácia aj server sú náchylné na chyby. Pomocou konzoly v režime ladenia zistíte, čo sa deje. Ak máte pochybnosti, skúste reštartovať Pi a/alebo reštartovať aplikáciu. Niekedy po zlyhaní kódu sa aplikácia nemôže znova pripojiť, pretože adresa sa už používa. V takom prípade jednoducho zmeňte port a aplikácia by sa mala pripojiť.

Pri jazde s robotom s akcelerátorom na zariadení musíte tiež použiť niekoľko nepohodlných gest na kalibráciu, zastavenie/spustenie, úpravu fotoaparátu a zobrazenie/skrytie panela s kartami.

• Kalibrácia: Klepnite a podržte dvoma prstami 0,5 sekundy (ak to vaše zariadenie podporuje, po kalibrácii zariadenia pocítite hmatovú odozvu
• Úprava fotoaparátu: Najkomplikovanejšie gesto, urobte to, čo bolo predtým popísané pri kalibrácii, potom potiahnutím prstov nahor posuniete fotoaparát nahor a potiahnutím nadol posuniete fotoaparát nadol. Úprava sa vykoná, keď zdvihnete prsty.
• Prepínač Stop/Start: Keď prejdete na zobrazenie akcelerometra, robot je pôvodne nastavený tak, aby ignoroval pohybové príkazy. Toto nastavenie prepnete dvojitým klepnutím dvoma prstami.
• Zobraziť/skryť panel kariet: Ak chcete povoliť zobrazenie na celú obrazovku počas jazdy akcelerometrom, panel kariet sa po niekoľkých sekundách automaticky skryje. Ak to chcete znova zobraziť, potiahnite prstom nahor. Ak ho chcete skryť, potiahnite prstom nadol.

Ak vás frustrujú problémy a nepríjemnosti súvisiace s mojou aplikáciou, nezabudnite, že som nemal žiadne formálne vzdelanie v oblasti programovania akéhokoľvek druhu. Preto vítam rady a návrhy. Neváhajte a rozbaľte moje súbory GitHub.

Ak urobím na GitHub nejaké úpravy, aplikujte ich na robota stiahnutím súborov a ich odoslaním cez rekurzívny SCP na Pi na príslušnom mieste. Ak ste klonovali projekt Xcode, jednoducho vykonajte zmenu. V opačnom prípade si môžete stiahnuť projekt a podľa kroku 11 otvoriť aplikáciu vo svojom zariadení.

Ak s týmto tutoriálom robíte niečo zaujímavé, dajte mi vedieť v komentároch. Zaujíma ma, ako ho možno použiť ako šablónu pre všetky druhy fascinujúcich projektov.