Robotul de telepresență al circuitelor Snap: 9 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Sărbătorile în 2020 sunt puțin diferite. Familia mea este răspândită în toată țara și, din cauza pandemiei, nu putem să ne adunăm împreună pentru sărbători. Am vrut o modalitate de a-i face pe bunicii să se simtă incluși în sărbătoarea noastră de Ziua Recunoștinței. Un robot de telepresență precum Double 3 ar fi perfect, cu excepția faptului că costă 4 000 $. M-am întrebat dacă aș putea construi ceva similar cu mult mai puțini bani.

Snap Circuits® RC Snap Rover® este un rover controlat de la distanță cu electronice concepute pentru schimbare și experimentare. Este aproximativ dimensiunea potrivită pentru a fi baza unui robot de telepresență și m-am gândit că aș putea să-l conectez pentru a fi controlat de pe web.

Dacă aș putea monta o tabletă pe rover, aș avea un robot de telepresență care ar permite bunicilor să participe la sărbătoarea noastră! Ar putea să se miște singuri prin casă și să interacționeze cu oameni diferiți, în loc să fie blocați într-un singur loc. Noutatea i-ar putea păstra și pe ei - și pe copiii mei - mai interesați decât un apel video normal.

Am pus robotul să funcționeze cu o noapte înainte de Ziua Recunoștinței și a fost un mare succes!

Cu elementele electronice disponibile și un pic de tâmplărie ușoară, și tu poți construi un robot de telepresență. Nu este necesară lipirea!

Provizii:

Hardware

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Notă: Snap Rover „Deluxe” nu folosește aceleași piese și nu va funcționa cu acest ghid. Dacă aveți Deluxe Snap Rover, va trebui să achiziționați un IC de control motor separat

• Conectori Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W sau alt dispozitiv cu GPIO-uri programabile capabile să ruleze NodeJS
• Carcasă pentru Raspberry Pi (opțional)
• Anteturi de ciocan GPIO (feminin)
• Card MicroSD (4 GB sau mai mare)
• Baterie USB și cablu Micro-USB pentru a alimenta Pi
• iPad sau altă tabletă / telefon

• Diverse lemn:

  • 1 "x 48" diblu din lemn, tăiat la înălțimea dorită
  • 2x4, aprox. 10 "lung
  • 2 bucăți de turnare de 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 bucăți de 1x1 sau resturi similare, aprox. Lungime de 3"
• Cutie mică de carton pentru a servi ca suport pentru iPad
• Curea din nylon, aprox. 6 '

Software

• Pe rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (testat cu armv6 14.15.1 neoficial construit pe un Pi Zero W)
  • software de telecomandă pi-rover

• Pe tabletă:

  Facetime, Zoom sau alt software de videoconferință

• Pe computer:

  Un client ssh (încorporat în Mac + Linux; folosiți ceva de genul PuTTY pentru Windows)

Instrumente

• Găuriți cu un pic de 1"
• Pistol de lipit fierbinte
• Ciocan
• A văzut
• Banda de măsurare / rigla

Pentru utilizator (bunici, etc)

Bunicul sau oricine operează roverul, va avea nevoie de următoarele:

Un computer cu software de videoconferință (FaceTime, Zoom etc.) și un browser web

SAU

O tabletă / telefon cu capacitate de ecran divizat și software de videoconferință

SAU

• 2 dispozitive:

  • Un telefon, tabletă sau alt dispozitiv cu software de videoconferință și
  • Un al doilea dispozitiv cu browser web care poate fi utilizat pentru a controla browserul în timp ce primul dispozitiv este utilizat pentru video

Pasul 1: Selectarea hardware-ului

Pentru a controla rover-ul de pe internet aveam nevoie de un computer mic care să poată controla rover-ul și să acționeze ca un server web, astfel încât un bunic să poată accesa rover-ul. Raspberry Pi Zero W se potrivește perfect. Este mic, are Wi-Fi și are multă putere CPU pentru a rula un server web mic. În plus, este doar 10 USD, ceea ce este mai puțin costisitor decât practic toate celelalte opțiuni de hobby. Mi-am luat accesoriile Pi + de la oamenii buni de la Adafruit.

Pasul 2: Pregătirea Pi: Anteturi

Linia de jucării educaționale Snap Circuits este ca niște cărămizi LEGO® pentru electronice. Vă permit să conectați circuite fără lipire și sunt relativ puține copii. Plăcile electronice hobbyiste (cum ar fi Raspberry Pi) oferă o serie de modalități de a conecta lucrurile, dar niciuna dintre ele nu este compatibilă cu Snap Circuits.

Pentru a rezolva acest lucru, vom instala un antet în Pi, apoi vom folosi fire speciale de tip jumper „Snap to Pin” pentru a conecta Pi la rover fără nicio lipire.

Instalați antetele de ciocan feminin în Pi folosind instrucțiunile de instalare (etichetate „pentru pHAT”). Este important să utilizați antetele pentru femei; acestea ne permit să conectăm firele jumperului.

Pasul 3: Pregătirea software-ului Pi:

Raspberry Pi își încarcă software-ul de pe un card MicroSD. Vom instala un sistem de operare, apoi vom porni Pi și vom instala alte câteva instrumente, plus software-ul de control pentru rover.

1. Utilizați software-ul Raspberry Pi Imager de pe computer pentru a descărca și instala Raspberry Pi OS Lite (pe 32 de biți) pe cardul SD.
2. Utilizați acest tutorial pentru a configura Pi în modul „fără cap”, fără a utiliza o tastatură sau un ecran. Astfel, Pi va primi Wi-Fi la prima pornire.
3. Activați protocolul Secure Shell (ssh) pe Pi utilizând pașii 3 + 4 din acest tutorial pe SSH. Puteți ignora partea despre configurarea „Redirecționării X”. Acest lucru vă va permite să vă conectați la Pi odată ce va fi online.
4. Mutați cardul SD pe Pi și porniți pi. Am folosit o baterie USB pentru a furniza energie, dar pentru acest pas puteți utiliza și un adaptor de alimentare sau un cablu Micro-USB pentru a-l alimenta de pe computer.
5. Găsiți adresa IP a lui Pi. Va trebui să vă conectați la Pi și, ulterior, să controlați roverul.

6. Conectați-vă la Pi de pe computer. Secțiunea „Configurați clientul” din tutorialul SSH conține instrucțiuni detaliate. Acum ar trebui să vă conectați la Pi:

   ssh pi @

7. Software-ul de telecomandă utilizează un instrument numit NodeJS. Pentru a instala NodeJS pe Pi, rulați următoarele comenzi pe SSH:

   wget

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

8. Acum ar trebui să aveți NodeJS instalat pe Pi. Pentru a-l testa, rulați

   nod -v După câteva secunde, ar trebui să scoată versiunea NodeJS, de exemplu

   v14.15.1

9. În continuare vom instala software-ul de control al rover-ului, numit pi-rover. Acest lucru va dura câteva minute:

   sudo apt-get install git

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

10. Rulați software-ul server pe Pi:

    nod index.js

    Dacă totul merge bine, ar trebui să puteți accesa Pi prin intermediul unui browser web de pe computer, navigând la portul 8080 de pe adresa IP a Pi. De exemplu, dacă adresa IP a Pi este 192.168.1.123, accesați

11. Părăsiți software-ul server cu Ctrl-C.

12. Pentru a rula serverul ori de câte ori pornește Pi, instalați fișierul de servicii de sistem:

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

    sudo systemctl activează pi-rover.service

13. Odată ce software-ul este testat și funcționează, opriți-l, astfel încât să putem instala Pi în rover:

    sudo shutdown -h acum

Notă: Dacă aveți de gând să acordați acces altor persoane din afara rețelei dvs. de domiciliu (cum ar fi bunicul, care este acasă la această Ziua Recunoștinței), va trebui să vă configurați routerul pentru a trimite trafic de la adresa dvs. IP publică către Pi. Folosiți un ghid de redirecționare a porturilor pentru asistență în acest sens.

Pasul 4: conectați Rover-ul

Snap Rover vine cu instrucțiuni pentru conectarea telecomenzii care vine împreună cu kitul rover. Le vom adapta pentru a înlocui componenta receptorului radio cu Pi.

Manualul rover include o serie de circuite. Începeți cu # 1 ("Night Rover") și smulgeți totul în stânga coloanei 6. Acest lucru lasă la loc IC-ul de control al motorului, rezistențele (4) 1kΩ de pe intrările IC-ului de control al motorului, comutatorul glisant, iar firele care merg către rover.

Pasul 5: conectați Pi la Rover

Dacă aveți o carcasă pentru Pi, dar nu ați instalat-o încă, faceți-o acum.

Conectorul de 40 pini de pe Pi expune o mare funcționalitate. Vom folosi mai mulți pini I / O de uz general (GPIO) pentru a conecta Pi la rover. Este important să conectați acest lucru exact așa cum se arată aici; cablarea incorectă riscă să deterioreze Pi sau rover-ul.

1. Pinii de pe Pi sunt numerotați 1-40. Merită să revedeți pinout-ul pentru a înțelege modul în care sunt așezate.

2. Utilizați conectorii Snap-to-Pin pentru a conecta următoarele 4 GPIO-uri la rezistențele de pe intrările IC-ului de control al motorului:

   1. Pinul 11 (GPIO 17) la rezistorul de pe LF
   2. Pinul 12 (GPIO 18) la rezistorul de pe LB
   3. Pinul 13 (GPIO 27) la rezistorul de pe RF
   4. Pinul 15 (GPIO 22) la rezistorul de pe RB
   5. Utilizați încă un conector Snap-to-Pin pentru a conecta un pin de masă (Pinul 14) de la Pi la sol (-) de pe rover. Deși avem 2 surse de alimentare separate (rover-ul folosește 9V și Pi utilizează 5V de la bateria USB), cele două părți sunt conectate electric și avem nevoie de o masă comună pentru ca circuitul să funcționeze.

Pasul 6: Construiți suportul pentru tabletă

Montarea tabletei necesită echilibrarea mai multor nevoi concurente:

• Comprimatul trebuie să fie suficient de înalt în aer pentru a putea interacționa cu copiii și adulții în picioare.
• Roverul trebuie să fie suficient de stabil pentru a evita răsturnarea în timpul conducerii.
• Tableta trebuie montată cât mai aproape de centrul roverului pentru a oferi stabilitate și o experiență lină în timpul conducerii.
• Partea superioară a rover-ului nu este proiectată pentru a avea atașat la el altceva decât Snap Circuits și nu există o modalitate excelentă de a plasa o sarcină fără a risca deteriorarea componentelor.

Partea 1: Construirea podurilor

Partea superioară a roverului este o rețea de plastic cu umflături concepute pentru a asigura componentele electronice. Plasarea unei sarcini direct pe rețea nu ar fi stabilă și ar putea deteriora rețeaua. Am ales să construiesc un fel de pod peste bază cu suporturi care stau între umflăturile de pe grilă și o diblă montată în vârful podului. Am folosit o curea din nailon pentru a fixa ansamblul pod + diblă de corpul roverului.

1. Tăiați un 2x4 până la aproximativ 10 "lungime; ar trebui să fie mai lung decât roverul este lat, pentru a ne permite să îl legăm în siguranță de rover.
2. Tăiați o pereche de bucăți de 8 "din benzile de turnare de 1/4". Acestea vor ajuta la stabilizarea suportului tabletei și la prevenirea oscilării sale înainte și înapoi.
3. Lipiți benzile de turnare pe 2x4. Fâșiile ar trebui să fie distanțate astfel încât să se încadreze în canelurile grilei, între umflături (la o distanță de aproximativ 5 "una de cealaltă). Fâșiile trebuie montate astfel încât fundul 2x4 să se afle deasupra electronice.
4. Tăiați o pereche de bucăți de 3 "din 1x1 și lipiți-le în colțurile în care benzile de turnare se întâlnesc cu 2x4. Scopul aici este de a preveni ruperea benzilor de turnare de 2x4 sub presiune laterală.
5. Utilizați vârful de 1 "pentru a găuri o gaură pentru diblă în partea superioară a 2x4. Gaura nu trebuie să treacă până la 2x4; lăsați aproximativ 1/8" de lemn intact în partea de jos a găurii pentru a susține diblul. Gaura ar trebui să fie decalată către o margine a 2x4, pentru a lăsa loc curelei de nailon de cealaltă parte. Lipiți diblul în gaură, asigurându-vă că este vertical.

Notă: O diblă mai mică ar putea funcționa. Am ales un diametru de 1 pentru a mă asigura că este suficient de rigidă pentru a atenua oscilațiile. Nu vrei să-l faci pe bunicul să fie bolnav în timp ce conduce!

Partea 2: Suport pentru tabletă

Aveam nevoie de un mod ușor, dar robust, de a atașa tableta la vârful diblului. Comprimatul în sine trebuie ținut cât mai aproape de diblă, astfel încât greutatea sa să nu acționeze ca o pârghie care încearcă să răstoarne roverul. După ce m-am gândit pe scurt să construiesc o cutie dintr-un lemn ușor, cum ar fi tuful, am optat pentru abordarea cu efort redus de tăiere a unei cutii de carton de dimensiuni adecvate. Am găsit o cutie care avea aproximativ 10 "x 12" x 1 ". Tăiați un capăt, astfel încât tableta să poată aluneca și tăiați o deschidere dreptunghiulară pe o parte, astfel încât ecranul tabletei să fie vizibil. Folosiți lipici fierbinte pentru a fixa suportul tabletei. până la vârful diblului.

Pasul 7: Închideți

Trebuie să atașăm suportul pentru tabletă la rover. Roverul nu este conceput pentru acest lucru și nu există opțiuni convenabile de montare. Am ales să fixez montura folosind o curea lungă din nailon înfășurată în jurul ambelor axe (nu axe!) Ale roverului. Acest lucru împiedică montarea să se încline înainte, înapoi sau în ambele părți. Asigurați-vă că cureaua nu exercită presiune pe niciunul dintre componentele electrice și asigurați-vă că este bine fixată și fixată astfel încât să nu se poată desface.

Pasul 8: Începeți să călătoriți

Odată ce suportul tabletei a fost fixat de rover, porniți Raspberry Pi și rover. După ce Pi este online, conectați-vă la interfața web (de exemplu, https://192.168.1.123) și „Solicitați controlul”. Acum ar trebui să puteți circula! Doar o singură persoană la un moment dat poate conduce rover-ul, deci asigurați-vă că renunțați la controlul roverului înainte de a încerca pe altcineva.

Instrucțiuni pentru bunici

Odată ce rover-ul este online, sunați-l pe bunicul (sau bunica!) Pe FaceTime. Odată ce au preluat, cereți-le să deschidă un browser web și să meargă la adresa dvs. IP publică. În funcție de telefonul / tableta / computerul pe care îl utilizează, este posibil să fie nevoie să intre în modul „ecran divizat” sau să utilizeze un al doilea dispozitiv.

După ce au încărcat pagina web, ar trebui să vadă interfața de control a rover-ului. Puneți-i să solicite controlul. Acum pot interacționa cu restul familiei ca și cum ar fi acolo!

Pasul 9: Îmbunătățiri viitoare

Acest design nu este perfect. Câteva îmbunătățiri posibile:

• Stabilizatoare pentru rover, astfel încât să nu se răstoarne cât mai devreme când este lovit de un copil, un animal de companie etc.
• O modalitate de a preveni roverul să se lovească de lucruri (șoferul nu poate privi în jos!)
• Mai multă finețe în comenzile software-ului pi-rover. În momentul de față sunt codificați pentru a funcționa suficient de bine pentru noi.
• Încorporați instrumentul de videoconferință în pagina web, astfel încât bunica să nu aibă nevoie de 2 dispozitive pentru a utiliza roverul