SOLARBOI - un 4G Solar Rover Out pentru a explora lumea !: 3 pași (cu imagini)

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

De când eram tânăr, mi-a plăcut întotdeauna să explorez. De-a lungul anilor, am văzut multe construcții de mașini cu telecomandă controlate prin WiFi și păreau destul de distractive. Dar am visat să merg atât de departe - în lumea reală, dincolo de limitele casei mele, de pe strada mea sau chiar din suburbia mea. Am dorit să construiesc un robot care să poată depăși cu mult. Pentru a face acest lucru, am bătut un robot echipat cu o cameră, o conexiune de date 4G și un sistem de energie solară capabil să permită misiunilor zile, săptămâni sau chiar luni. Acum transmit în mod regulat misiuni live pe Twitch.tv, iar SOLARBOI își face partea în încercarea de a merge mai departe în mediul rural australian decât a făcut vreodată vreun robot! Obiectivul SOLARBOI este de a fi lăsat într-un oraș de țară australian și de a naviga spre ieșire, spre țară și spre alte destinații. Nu poate primi asistență externă în misiunea sa, altfel se consideră că a eșuat. Trebuie să-și croiască drum, kilometru cu kilometru, de-a lungul zilelor și săptămânilor, bazându-se doar pe soare pentru a se încărca și pe rețeaua 4G pentru comunicare înapoi la bază. Deși elementele de bază ale proiectului sună ușor, extragerea acestuia este incredibil de grea! Acest ghid servește pentru a explica noțiunile de bază despre modul în care funcționează SOLARBOI și pentru a prezenta idei despre modul cel mai bun de a crea o platformă robot care poate supraviețui în aer liber săptămâni la rând. Nu este un manual pas cu pas exact despre cum să-ți creezi propriul; în schimb, este un punct de salt pe care îl puteți folosi pentru a explora propriile construcții și modele.

Pasul 1: Pasul 1: Hardware-ul

În primul rând, veți avea nevoie de un șasiu pentru robotul dvs. În timp ce mulți experimentează modele de roveruri imprimate 3D, am ales să folosesc o jucărie prețuită din copilărie. Radio Shack RAMINATOR arăta grozav, cu anvelope mari, tracțiune integrală și suspensie de lucru scoasă din cutie. Deși este optimizat pentru viteza peste cuplu, am decis că acest lucru va merge frumos ca bază a proiectului meu de rover. După ce am scos hardware-ul RC de jucărie, am înlocuit motorul cu un ESC periat Hobbyking, în timp ce am eliminat setarea de direcție originală și l-am înlocuit cu un servo rezistent. Au fost instalate baterii cu litiu polimer pentru a oferi SOLARBOI puterea de a conduce ore în șir.

Cu mecanicii în afara drumului, comanda și controlul sunt următorul considerent major. Pentru aceasta, m-am stabilit pe un Raspberry Pi Zero. Conceput pentru a sorbi o cantitate mică de energie, este compatibil cu perifericele USB și este perfect pentru un proiect conectat la internet. Ca bonus, funcționează bine cu perifericul camerei Raspberry Pi, cheie pentru a ne oferi o imagine a împrejurimilor robotului atunci când suntem pe teren. Am ales un obiectiv cu ochi de pește pentru SOLARBOI, oferindu-ne o vedere panoramică frumoasă pentru a ajuta la navigarea în lume în general. Pentru o conexiune înapoi la baza de acasă, ne bazăm pe un dongle 4G, care ne oferă lățimea de bandă mare de care avem nevoie pentru a trimite comenzi către robot și pentru a primi video înapoi.

Energia solară este cheia misiunii SOLARBOI, de unde și numele. Un panou solar de 20W este montat pentru a profita la maximum de soare, chiar și în zilele mai acoperite decât însorite. Este folosit pentru a încărca bateriile în timpul zilei, astfel încât SOLARBOI să poată conduce apoi noaptea, departe de ochii curioși și de interlopii răuvoitori. Evident, chiar și cu Pi Zero de mică putere care rulează spectacolul, nu îl putem lăsa să ruleze tot în timpul în care am scăpa bateriile prea repede. Astfel, Pi trebuie să fie oprit de cele mai multe ori, dar pornit la intervale regulate pentru a raporta poziția SOLARBOI și pentru a ne permite să ne conectăm și să conducem robotul atunci când dorim. Pentru a realiza acest lucru, un Arduino Pro Micro rulează un program special care pornește SOLARBOI în primele 5 minute din fiecare oră. Dacă ne conectăm la robot de la Controlul misiunii, acesta va rămâne pornit, permițându-ne să executăm misiunea. Dacă nu detectează o conexiune, alimentează Raspberry Pi înapoi pentru a economisi energie și pentru a profita la maximum de energia solară disponibilă. GPS-ul este, de asemenea, utilizat pentru a vă asigura că Controlul Misiunii este întotdeauna conștient de poziția SOLARBOI. Conducând în mediul rural în toiul nopții, poate fi foarte dificil să navigați numai prin indicii vizuale. Astfel, GPS-ul ne permite să menținem o soluție la locația robotului și să ne atingem obiectivele adânc în Australia regională.

Pasul 2: Pasul 2: software-ul

Evident, este bine să ai un rover, dar are nevoie de software pentru a-l face să funcționeze. Software-ul SOLARBOI este în continuă dezvoltare, permițând performanțe mai bune și îmbunătățind ușurința de utilizare în timp.

Rover-ul folosește Raspbian, sistemul de operare implicit al Raspberry Pi Zero. Controlul misiunii rulează pe Windows. Acest lucru cauzează unele probleme cu diferite utilitare Linux care trebuie instalate special la Mission Control. În cele din urmă, însă, această configurare ne-a permis să parcurgem mulți kilometri de succes cu SOLARBOI și face treaba bine. Videoclipul este transmis de la robot înapoi la Controlul misiunii prin Gstreamer. Este greu de utilizat și nu este bine documentat pentru începători. Cu toate acestea, ne permite să avem un flux audio și video cu latență scăzută de la robot, care este destul de bun pentru a conduce fără prea multe probleme. Abandonurile au loc și există o oarecare întârziere, dar când construiești roboți mondiali pentru a explora peisajul rural, profiți la maximum de ceea ce ai! Streamingul se face în H264 nativ de la camera Raspberry Pi, pentru a evita încărcarea prea mare a Pi Zero prin transcodare din mers. Controlul robotului se face prin cod Python personalizat, cu o arhitectură server / client. Folosind biblioteci precum PiGPIO și Servoblaster, putem controla cu ușurință sistemul de acționare al robotului și alte funcții în timp real. Instalarea este foarte simplă, datorită ecosistemului Raspberry Pi bine dezvoltat.

Folosim o varietate de biblioteci în Python pentru a afișa telemetria pe ecran. Cel mai important este MatPlotLib, care prezintă graficele noastre ale bateriei în Mission Control, care ne permit să monitorizăm performanța SOLARBOI în timpul unei misiuni live.

Pasul 3: Pasul 3: lucrurile pe care le înveți numai pe teren

Niciun plan nu supraviețuiește primului contact cu inamicul, așa cum se spune. Într-o astfel de manieră, SOLARBOI a suferit multe încercări în încercările sale de a naviga către o cabină de telefon de modă veche, adânc în zona rurală din New South Wales. Acestea sunt lecții care pot fi adesea învățate doar în domeniu și pe care le-am învățat pe calea cea mai dificilă. Dacă robotul iese în evidență din împrejurimile sale, acesta poate fi găsit cu ușurință de către trecători în timp ce se încarcă în timpul zilei. Datorită dimensiunilor și greutății reduse a platformei, SOLARBOI ar putea fi ușor furat sau distrus, astfel nu își îndeplinește misiunea. Acesta este un risc pe care îl asumăm de fiecare dată când ne desfășurăm în natură. Pentru a atenua acest lucru, SOLARBOI este vopsit într-un finisaj verde moale, în încercarea de a se amesteca. Găsirea unui spațiu sigur pentru încărcare cu multă lumină solară, dar vizibilitate minimă este o provocare continuă. în calea sa. În trecut, am avut probleme legate de blocarea pe pietre sau de prăbușirea copacilor mici. De cele mai multe ori, aceasta se datorează unei camere cu un câmp vizual slab, niveluri reduse de lumină pe timp de noapte și oboseală extremă din partea operatorului. Actualizările noastre către faruri și lentile de ochi de pește mai bune au scopul de a preveni această problemă în viitor. Progresul lent și constant, mai degrabă decât viteza absolută, este, de asemenea, o mantră bună de a trăi pentru a evita izbirea de obiecte atunci când conduceți cu o întârziere video de 500 ms. Implementarea simplă în țară aduce propriile probleme. Înseamnă că hardware-ul SOLARBOI trebuie să fie în formă de vârf, pentru ca o călătorie de mai multe ore către zona de desfășurare să fie în zadar. Acest lucru ne-a costat mult benzină și mult timp în misiunile din trecut și ceva ce intenționăm să evităm cu teste riguroase în viitor. Cu toate acestea, este ceva de luat în considerare atunci când desfășoară un robot departe. În cele din urmă, facilitățile bune la Controlul Misiunii sunt o necesitate. Cofiene trebuie să fie la îndemână pentru a menține echipajul ascuțit și alert, precum și apă pentru a menține o hidratare adecvată. Telemetria clară și actualizată este, de asemenea, utilă pentru diagnosticarea rapidă a problemelor, iar un flux video cu latență scăzută, fără abandon, este cel mai bun pentru o conducere lină în sălbăticia australiană. Acest lucru permite, de asemenea, șoferului să profite la maximum de viteza SOLARBOI, acolo unde este necesar., pentru a se sustrage mașinilor trecătoare, faunei sălbatice sau Pisicii Shackleton, pe care l-am întâlnit în misiunea 1. În general, SOLARBOI are mult mai departe de parcurs în misiunile viitoare și, în mod ideal, va petrece multe luni pe teren explorând în toată lumea. Pentru a urmări călătoria SOLARBOI, urmați pe Twitch.tv și Youtube și bucurați-vă de misiunile de mai jos! Ca întotdeauna, vor exista mai multe aventuri pe măsură ce SOLARBOI se dezvoltă și călătorește din ce în ce mai departe de casă!