Sparky - webový telepresenčný robot DIY: 15 krokov (s obrázkami)

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

Názov Sparky je založený na skratke pre Self Portrait Artifact Roving Chassis I, trapného názvu umeleckého projektu, ktorý sa začal začiatkom 90. rokov. Od tej doby sa Sparky vyvinul z nadrozmernej RC hračky s niekoľkými videokamerami na monitorovanie dieťaťa do plne autonómneho telepresenčného robota s webovým pripojením. V priebehu rokov bolo k dispozícii mnoho rôznych verzií využívajúcich širokú škálu technológií a riešení, ale vždy s rovnakým cieľom poskytnúť platformu pre telepresenciu živého videa a diaľkové autonómne pohyblivé spojenie. Väčšina výstroja potrebného pre tento projekt je k dispozícii bežne a veľa z toho, čo som použil, už bolo v mojom obchode z predchádzajúcich projektov, dúfajme, že budete mať nejaké podobné vybavenie, ale buďte pripravení improvizovať, potápať sa v kontajneri alebo zasiahnuť Craigslist, pretože vám niečo chýba. parts. Sparky používa Skype ako základ pre videorozhovor, ako aj nejaký vlastný softvér (a zdrojový kód), ktorý poskytujeme pre základné ovládanie servomotorov poháňaných kolesami. Tento kód môžete prispôsobiť tak, aby vášmu robotovi priniesol funkčnosť - vrátane ďalších serv, ramien chápadiel a senzorov a ste obmedzení iba svojou predstavivosťou a vynaliezavosťou. Majte na pamäti, že každý robot bude iný, takže táto príručka nie je v žiadnom prípade úplným návodom. Považujte to za východiskový bod, základ, na ktorom navrhnete a postavíte svoje vlastné jedinečné stvorenie Sparky.

Krok 1: Časti - podvozok a hnacia sústava

Podvozok a pohon: Vex je populárna vzdelávacia robotická súprava. Je to veľmi podobné tradičnej súprave Erector s pridaním sofistikovaných servomotorov, kolies a prevodov (VEX tiež obsahuje vlastný programovací jazyk a počítačovú dosku na výrobu kompletných robotov, ale tieto nepoužívame pre Sparky).

Krok 2: Časti - Napájanie

Výkon: Kompaktná 12V, 7Ah hobby batéria. Spolu s výkonným meničom jednosmerného prúdu na striedavý prúd poskytuje dostatok šťavy na niekoľko hodín prevádzky robota na jedno nabitie.

Krok 3: Časti - mozog

Mozog: Mac Mini prvej generácie je lacný a ponúka veľký výkon a funkcie v malom balení vrátane WiFi, Bluetooth a dostatočného počtu portov na pripojenie všetkého (USB, Ethernet, FireWire, zvuk).

Krok 4: Časti - nervový systém

Nervový systém: Na preklenutie medzery medzi počítačom a servomotormi používa Sparky dosku MAKE Controller.

Krok 5: Softvér

Softvér: Sparky používa Skype, populárny bezplatný softvér VoIP a videochat ako základ súčasného nastavenia telepresencie, ale jeho chatovú funkciu sme rozšírili o vlastný softvér, ktorý pridáva ovládanie servomotora. Tieto súbory je možné upraviť, takže môžete pridať ďalšie funkcie, ako sú senzory, ramená uchopovača a ďalšie.

Krok 6: Ostatné komponenty

Ďalšie súčasti: LCD monitor, myš, klávesnica Káble webovej kamery - USB, Firewire, Ethernet, napájanie, video, zvuk Nastaviteľný napájací zdroj na zvýšenie sily serva kolieska

Krok 7: Nástroje

Pomôcky: Imbusový kľúč na skrutkovacie hroty Vex Rôzne úchytky na zips

Krok 8: PODVOZOK A VLASTNÝ VLAK -1

Predchádzajúce verzie podvozkov Sparky s boli založené na rôznych materiáloch vrátane zváranej ocele, lega a ďalších. Aktuálna verzia Sparky využíva výhody systému VEX Robotic Design System, ktorý používa oceľové nosníky, dosky a matice/skrutky podobné stavebnici Erector Set, ako aj zahrnuté prevody, kolesá a nápravy. Táto súprava ušetrí veľa času, kým zistíte presné rozmery svojho robota. Pár generických koliesok poskytuje agilitu v tesných zákrutách. Môžete stavať z podobných materiálov v hračkárskom meradle, alebo sa môžete rozhodnúť vyrobiť odolnejší rám zo zváranej ocele rovnako ako pôvodný Sparky.

Krok 9: PODVOZOK A VLAK NA JAZDU - 2

Súprava VEX obsahuje mnoho skvelých dielov, vrátane štandardných serv s obmedzeným rozsahom pohybu 180*, ale aj dvoch servopohonov s plnými otáčkami, ktoré sa úplne točia ako jednosmerné motory. Sú praktické, pretože zjednodušujú požiadavky na vytváranie plného otáčania kolesa. (Pôvodný robot Sparky mal 2 servá s obmedzeným dosahom, ale tieto nepoháňali kolesá robota priamo. Namiesto toho fyzicky premiestňovali potenciometre, ktoré boli pripojené k pôvodnému ovládaniu invalidného vozíka, zdanlivo komplexné riešenie podobné Rube Goldberg, ktoré roky funguje prekvapivo dobre. ale napriek tomu väčšinu inžinierov znervózňuje!).

Krok 10: PODVOZOK A VLAK NA JAZDU - 3

Serva VEX nie sú veľmi výkonné, ale pomocou priložených prevodových stupňov môžu aj napriek obetovaniu rýchlosti poskytnúť kolesám dostatok krútiaceho momentu. Funguje dostatočne dobre na tvrdých povrchoch, ale bojuje s kobercom alebo dokonca s malými nerovnosťami. Ďalším krokom môže byť pridanie silnejších servopohonov s úplným otáčaním alebo dokonca skok na jednosmerné motory, aj keď by to tiež vyžadovalo ďalšie programovanie.

Krok 11: PODVOZOK A VLAK NA JAZDU - 4

Pomerne veľa času bolo venovaných prepracovaniu podvozka VEX, aby bol čo najľahší a aby všetky diely stále sedeli. Obzvlášť náročný bol výber monitora. Pôvodne som používal ľahký LCD displej 7, ale mal také nízke rozlíšenie, že ho nebolo možné dobre vidieť. Starý 17 -palcový LCD displej nakoniec obstál, aj keď so značnou daňou z pridanej hmotnosti. Ďalším problémom zostavenia je rozloženie hmotnosti. Batéria, menič a napájacie zdroje musia byť umiestnené tak, aby ich hmotnosť bola vycentrovaná medzi kolesá a aby ani jedno príliš nezaťažovalo. Všetky tieto problémy sa kombinujú a vytvárajú náročnú hádanku tesne zabalených komponentov a káblov zviazaných na zips.

Krok 12: POČÍTAČ A PERIFERÁLY

Jedným z dôvodov, prečo je súčasný Sparky taký malý, je inšpiratívna veľkosť Macu Mini. Bolo to pozoruhodné zistenie, že výpočtový výkon potrebný na riadenie tohto projektu sa zmenšoval. Predchádzajúce úsilie zahŕňalo stolný počítač G4 v plnej veľkosti, iMac Luxo Lamp a dokonca aj zriedka vidiaci počítač Mac Cube. Dokonca som sa začal zaoberať myšlienkou iPhone Sparky, ale to má svoje vlastné problémy a pripojenie počítačového hardvéru je jednoduché. Pri pohľade na zadnú stranu Macu od L do R je napájací kábel, ethernet (na ovládač MAKE), Firewire (iSight), kábel monitora, USB (ovládač MAKE), ďalší USB (klávesnica a myš). Všetka prebytočná kabeláž, výkonové tehly atď. & Sú zapnuté na zips a zakliesnené do podvozku. K dispozícii sú tri napájacie káble striedavého prúdu, počítač Mac, monitor LCD a doska MAKE, ktoré sú všetky zapojené do 3-cestného rozdeľovača zapojeného do striedača DC-to-AC, zabaleného tesne vedľa 12 V. batérie. Kábel ethernetu a USB sa pripája do ovládača MAKE, jeden pre dáta, druhý pre napájanie. V tomto mieste funguje počítač s podporou WiFi, napájaný batériou, pripojený k doske MAKE a sediaci na kolesách (zatiaľ však nie je možné ovládať)). Teraz je vhodný čas na testovanie vecí. Spustite ho a vyriešte všetky problémy so zvukom, videom, WiFi atď. & Stiahnite si videohovory a používajte Skype. Pred prechodom do ďalšej fázy určite odstráňte všetky tieto potenciálne nepríjemnosti.

Krok 13: VYROBTE OVLÁDAČ

Na fyzické spojenie medzi počítačom Mac a servomotormi je potrebná doska regulátora. Doska prijíma povely z počítača a mení ich na elektrické impulzy, ktoré roztočia motory. Môže tiež prijímať signály zo senzorov (infračervené, dotykové, svetelné) a odosielať tieto údaje späť do počítača. K dispozícii je mnoho rôznych ovládačov. Jednou z najobľúbenejších je pravdepodobne Arduino, lacná doska s otvoreným zdrojovým radičom, ktorú uprednostňuje veľa ľudí. Dosku MAKE som dostal pred niekoľkými rokmi, keď bola sotva mimo fázy prototypu. Novšie verzie dosky sú podobné, ale pravdepodobne sú trochu jednoduchšie na nastavenie. Vrelo odporúčam navštíviť stránku MakingThings, kde nájdete najnovšie firmvér a ďalšie aktualizácie dosky. Jednou peknou vecou na ovládači MAKE sú všetky vymoženosti, ktoré sú v ňom zabudované, napríklad veľký počet analógových a digitálnych portov pre vstup a výstup. Najlepšie zo všetkých pre Sparky sú 4 servo sloty plug-and-play. Serva VEX sa zapoja priamo do slotov 0 a 1, čo ušetrí veľa času a úsilia pri vytváraní spojení od začiatku. Doska MAKE má tiež pohodlný prepínač pre servo napájanie, ktoré sa môže napájať priamo z dosky MAKE pri 5 V, alebo je možné pripojiť externé napájanie, ktoré zvýši šťavu až na 9 V. Motory Sparky s VEX sú zaťažené väčšou hmotnosťou, než pre akú sú určené, takže vyšší výkon pomáha roztočiť kolesá (zdá sa, že motory majú vnútorný vypínací obvod, ktorý zabraňuje ich vyhoreniu, ak je aplikovaný príliš veľký výkon). Ak používate Arduino alebo iný radič, vyhľadajte online informácie potrebné na pohon serv. Malo by byť celkom ľahké ho nájsť.

Krok 14: SOFTVÉR

Sparky skutočne používa dva počítače-vstavaný počítač Mac Mini a ďalší počítač s webovým rozhraním a možnosťou videohovoru. Predstavte si tento druhý počítač ako riadiaci box Sparky. Používam starý powerbook a kameru iSight. Oba počítače vyžadujú Skype. Projekt Sparky ho používa na videorozhovor, ale využíva aj funkciu textového chatu na príkazy na ovládanie motora podkovy prostredníctvom pripojenia Skype- takže ak sa pripája Skype, robot je ovládateľný bez toho, aby medzi nimi bolo potrebné ďalšie spojenie. Ako funguje: Navyše na Skype, Sparky vyžaduje vlastný softvér doplnkov. Doplnok ovládacieho stánku je dodávaný s ovládacími prvkami WASD v štýle videohier mapovanými na klávesnici. Klávesové skratky z búdky sa odosielajú ako textové správy v rámci programu Skype na palubný počítač Mac Mini Sparky, kde ďalšia kópia doplnku prijíma textové správy a prekladá ich do pohybových príkazov odoslaných do ovládača MAKE, ktorý vysiela energiu na servá. Tu je vlastný softvér Tu sú pokyny k softvéru

Krok 15: BYŤ SPARKÝ

Riadenie Sparky je jedinečný zážitok, zmes simulátora marťanského rovera a živých sociálnych sietí sprevádzaných častými technickými požiarnymi cvičeniami. Núti ľudí zamyslieť sa nad svojim strachom a príťažlivosťou k myšlienke hybridného systému človek-stroj. Je však úžasné, ako rýchlo ľudia zabúdajú, že hovoria s poloautomatickým kyborgom, a počas niekoľkých výmen je Sparky schopný vytvoriť skutočné ľudské spojenie medzi účastníkmi. Verzie Sparky v priebehu rokov slúžili ako sprievodca galériou, džezový spevák a kapelník, hostiteľ večierku a virtuálny účastník Burning Man. Potenciál pre Sparky je však oveľa väčší ako tieto príklady. Čo môžete prinútiť Sparkyho urobiť? Kde by ste to zobrali? Ako vidíte roboty telepresencie, ktoré ovplyvňujú váš spôsob interakcie so svetom?