Snap Circuits Robot Telepresence: 9 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:26

Święta w 2020 roku są nieco inne. Moja rodzina jest rozrzucona po całym kraju, a z powodu pandemii nie możemy zebrać się na wakacje. Chciałem sprawić, by dziadkowie poczuli się częścią naszego Święta Dziękczynienia. Robot teleobecności, taki jak Double 3, byłby idealny, poza tym, że kosztuje 4 000 USD. Zastanawiałem się, czy mógłbym zbudować coś podobnego za znacznie mniejsze pieniądze.

Snap Circuits® RC Snap Rover® to zdalnie sterowany łazik z elektroniką zaprojektowaną do zmian i eksperymentów. Ma mniej więcej odpowiedni rozmiar, aby być podstawą robota teleobecności, i pomyślałem, że prawdopodobnie mógłbym go podłączyć do sterowania z sieci.

Gdybym mógł zamontować tablet na łaziku, miałbym robota teleobecności, który pozwoliłby dziadkom uczestniczyć w naszej uroczystości! Mogliby samodzielnie poruszać się po domu i wchodzić w interakcje z różnymi ludźmi, zamiast tkwić w jednym miejscu. Nowość może również sprawić, że ich – i moje dzieci – będą bardziej zainteresowane niż zwykła rozmowa wideo.

Robot pracował w noc przed Świętem Dziękczynienia i był to wielki hit!

Z gotową elektroniką i odrobiną lekkiej stolarki, ty też możesz zbudować robota telepresence. Nie wymaga lutowania!

Kieszonkowe dzieci:

Sprzęt komputerowy

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Uwaga: Snap Rover „Deluxe” nie używa tych samych części i nie będzie działał z tym przewodnikiem. Jeśli masz Deluxe Snap Rover, musisz kupić osobny układ scalony Motor Control IC

• Złącza zatrzaskowe
• Raspberry Pi Zero W lub inne urządzenie z programowalnymi GPIO z obsługą NodeJS
• Obudowa do Raspberry Pi (opcjonalnie)
• Nagłówki młotkowe GPIO (żeńskie)
• Karta microSD (4 GB lub większa)
• Bateria USB i kabel Micro-USB do zasilania Pi
• iPad lub inny tablet/telefon

• Różne drewno:

  • Drewniany kołek 1 "x 48", przycięty na żądaną wysokość
  • 2x4, ok. 10" długości
  • 2 kawałki listwy 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 sztuki złomu 1x1 lub podobnego, ok. 3 cale długości
• Małe kartonowe pudełko, które może służyć jako uchwyt na iPad
• Nylonowy pasek parciany, ok. 6'

Oprogramowanie

• W łaziku:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (testowane z nieoficjalną wersją 14.15.1 armv6 na Pi Zero W)
  • Oprogramowanie do zdalnego sterowania pi-rover

• Na tablecie:

  Facetime, Zoom lub inne oprogramowanie do wideokonferencji

• Na twoim komputerze:

  Klient ssh (wbudowany w Mac + Linux; użyj czegoś takiego jak PuTTY dla Windows)

Narzędzia

• Wiertarka z wiertłem płaskim 1"
• Pistolet na gorący klej
• Młotek
• Piła
• Miarka / linijka

Dla użytkownika (dziadków itp.)

Dziadek lub ktokolwiek obsługuje łazik, będzie potrzebował:

Komputer PC z oprogramowaniem do wideokonferencji (FaceTime, Zoom itp.) i przeglądarką internetową

LUB

Tablet/telefon z funkcją podziału ekranu i oprogramowaniem do wideokonferencji

LUB

• 2 urządzenia:

  • Telefon, tablet lub inne urządzenie z oprogramowaniem do wideokonferencji oraz
  • Drugie urządzenie z przeglądarką internetową, której można używać do sterowania przeglądarką, podczas gdy pierwsze urządzenie jest używane do wideo

Krok 1: Wybór sprzętu

Aby sterować łazikiem z Internetu, potrzebowałem małego komputera, który mógłby zarówno kontrolować łazik, jak i działać jako serwer sieciowy, aby dziadek mógł uzyskać dostęp do łazika. Raspberry Pi Zero W idealnie pasuje. Jest mały, ma Wi-Fi i ma dużą moc procesora do obsługi małego serwera WWW. Dodatkowo to tylko 10 USD, co jest tańsze niż praktycznie wszystkie inne opcje dla hobbystów. Moje Pi + akcesoria dostałem od znakomitych ludzi z Adafruit.

Krok 2: Przygotowanie Pi: Nagłówki

Linia zabawek edukacyjnych Snap Circuits jest jak klocki LEGO® do elektroniki. Pozwalają na okablowanie obwodów bez lutowania i są stosunkowo odporne na dzieci. Hobbystyczne płytki elektroniczne (takie jak Raspberry Pi) zapewniają wiele sposobów na okablowanie, ale żadna z nich nie jest kompatybilna z obwodami Snap Circuits.

Aby obejść ten problem, zainstalujemy nagłówek w Pi, a następnie użyjemy specjalnych przewodów połączeniowych „Snap to Pin”, aby połączyć Pi z łazikiem bez żadnego lutowania.

Zainstaluj żeńskie nasadki młotka w Pi, korzystając z instrukcji instalacji (oznaczonej „dla pHAT”). Ważne jest, aby używać żeńskich nagłówków; pozwalają nam one podłączyć przewody połączeniowe.

Krok 3: Przygotowanie Pi: Oprogramowanie

Raspberry Pi ładuje swoje oprogramowanie z karty MicroSD. Zainstalujemy system operacyjny, a następnie uruchomimy Pi i zainstalujemy kilka innych narzędzi oraz oprogramowanie sterujące dla łazika.

1. Użyj oprogramowania Raspberry Pi Imager na komputerze, aby pobrać i zainstalować Raspberry Pi OS Lite (32-bit) na karcie SD.
2. Skorzystaj z tego samouczka, aby skonfigurować Pi w trybie „bezgłowym”, bez użycia klawiatury lub ekranu. Spowoduje to włączenie Pi do Wi-Fi po pierwszym uruchomieniu.
3. Włącz protokół Secure Shell (ssh) na Pi, wykonując kroki 3+4 z tego samouczka na SSH. Możesz zignorować część dotyczącą konfiguracji „X Forwarding”. Umożliwi to zalogowanie się do Pi, gdy tylko połączy się z Internetem.
4. Przenieś kartę SD do Pi i uruchom pi. Użyłem baterii USB, aby zapewnić zasilanie, ale w tym kroku możesz również użyć zasilacza lub kabla Micro-USB, aby zasilić go z komputera.
5. Znajdź adres IP Pi. Będziesz musiał połączyć się z Pi, a później kontrolować łazik.

6. Zaloguj się do Pi z komputera. Sekcja „Konfigurowanie klienta” w samouczku SSH zawiera szczegółowe instrukcje. Powinieneś być teraz zalogowany do Pi:

   ssh pi@

7. Oprogramowanie do zdalnego sterowania wykorzystuje narzędzie o nazwie NodeJS. Aby zainstalować NodeJS na Pi, uruchom następujące polecenia przez 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. Powinieneś teraz mieć zainstalowany NodeJS na Pi. Aby to przetestować, uruchom

   węzeł -v Po kilku sekundach powinna wyświetlić wersję NodeJS, taką jak

   v14.15.1

9. Następnie zainstalujemy oprogramowanie sterujące łazikiem o nazwie pi-rover. Zajmie to kilka minut:

   sudo apt-get zainstaluj git

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

10. Uruchom oprogramowanie serwera na Pi:

    node index.js

    Jeśli wszystko pójdzie dobrze, powinieneś być w stanie uzyskać dostęp do Pi za pośrednictwem przeglądarki internetowej na komputerze, przechodząc do portu 8080 na adresie IP Pi. Na przykład, jeśli adres IP twojego Pi to 192.168.1.123, przejdź do

11. Zamknij oprogramowanie serwera za pomocą Ctrl-C.

12. Aby uruchomić serwer przy każdym uruchomieniu Pi, zainstaluj plik usługi systemowej:

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

    sudo systemctl włącz pi-rover.service

13. Gdy oprogramowanie zostanie przetestowane i działa, wyłącz je, abyśmy mogli zainstalować Pi w łaziku:

    wyłączanie sudo -h teraz

Uwaga: jeśli zamierzasz udzielić dostępu innym osobom spoza sieci domowej (na przykład dziadkowi, który jest we własnym domu w Święto Dziękczynienia), musisz skonfigurować router tak, aby przesyłał ruch z Twojego publicznego adresu IP do Liczba Pi. Aby to zrobić, skorzystaj z przewodnika przekierowania portów.

Krok 4: Podłącz łazik

Snap Rover jest dostarczany z instrukcją okablowania pilota dołączonego do zestawu łazika. Dostosujemy je, aby zastąpić komponent odbiornika radiowego Pi.

Instrukcja łazika zawiera kilka obwodów. Zacznij od #1 („Night Rover”) i wyrzuć wszystko na lewo od kolumny 6. Pozostawia to na miejscu układ scalony sterowania silnikiem, (4) rezystory 1kΩ na wejściach układu scalonego sterowania silnikiem, przełącznik suwakowy, i przewody idące do łazika.

Krok 5: Podłącz Pi do łazika

Jeśli masz skrzynkę na Pi, ale jeszcze jej nie zainstalowałeś, zrób to teraz.

40-pinowe złącze w Pi eksponuje dużą funkcjonalność. Użyjemy kilku pinów I/O ogólnego przeznaczenia (GPIO), aby połączyć Pi z łazikiem. Ważne jest, aby połączyć to dokładnie tak, jak pokazano tutaj; nieprawidłowe podłączenie go grozi uszkodzeniem Pi lub łazika.

1. Piny na Pi są ponumerowane 1-40. Warto przejrzeć pinout, aby zrozumieć, jak są one ułożone.

2. Użyj złączy Snap-to-Pin, aby podłączyć następujące 4 GPIO do rezystorów na wejściach układu sterowania silnikiem IC:

   1. Pin 11 (GPIO 17) do rezystora na LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) do rezystora na LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) do rezystora na RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) do rezystora na RB
   5. Użyj jeszcze jednego złącza Snap-to-Pin, aby podłączyć pin uziemiający (Pin 14) z Pi do uziemienia (-) łazika. Chociaż mamy 2 oddzielne zasilacze (łazik wykorzystuje 9 V, a Pi wykorzystuje 5 V z akumulatora USB), obie strony są połączone elektrycznie i potrzebujemy wspólnego uziemienia, aby obwód działał.

Krok 6: Zbuduj uchwyt do tabletu

Montaż tabletu wymaga zrównoważenia kilku konkurencyjnych potrzeb:

• Tablet powinien znajdować się na tyle wysoko w powietrzu, aby mógł wchodzić w interakcje ze stojącymi dziećmi i dorosłymi.
• Łazik musi być wystarczająco stabilny, aby uniknąć przewrócenia się podczas jazdy.
• Tablet powinien być montowany jak najbliżej środka łazika, aby zapewnić stabilność i płynne wrażenia podczas jazdy.
• Górna część łazika nie jest zaprojektowana tak, aby była do niej przymocowana nic poza Snap Circuits i nie ma świetnego sposobu na umieszczenie na niej ładunku bez ryzyka uszkodzenia komponentów.

Część 1: Budowanie mostów

Górna część łazika to plastikowa siatka z wybojami, zaprojektowana w celu zabezpieczenia elementów elektronicznych. Umieszczenie ładunku bezpośrednio na siatce nie byłoby stabilne i mogłoby uszkodzić siatkę. Zdecydowałem się zbudować rodzaj mostu nad podstawą z podporami, które znajdują się między wybojami na siatce i kołkiem zamontowanym na szczycie mostu. Użyłem nylonowego paska, aby przymocować zespół mostka + kołek do korpusu łazika.

1. Przytnij 2x4 do około 10 cali długości; powinien być dłuższy niż szerokość łazika, abyśmy mogli bezpiecznie przymocować go do łazika.
2. Wytnij parę kawałków 8" z pasków formujących 1/4". Pomogą one ustabilizować uchwyt tabletu i zapobiec kołysaniu się go do przodu i do tyłu.
3. Przyklej listwy do formowania do 2x4. Listwy powinny być rozmieszczone tak, aby pasowały do rowków siatki, między wybojami (około 5" od siebie). Listwy należy zamontować tak, aby spód 2x4 znajdował się nad elektroniką.
4. Wytnij parę kawałków 3" z 1x1 i przyklej je do rogów, gdzie paski formujące stykają się z 2x4. Celem jest tutaj zapobieganie odrywaniu się pasków formujących od 2x4 pod naciskiem bocznym.
5. Użyj wiertła łopatkowego 1", aby wywiercić otwór na kołek w górnej części 2x4. Otwór nie musi przechodzić przez cały 2x4; pozostaw około 1/8" nienaruszonego drewna na dole otworu do podparcia kołka. Otwór powinien być przesunięty w kierunku jednej krawędzi 2x4, aby zostawić miejsce na nylonowy pasek po drugiej stronie. Wklej kołek w otwór, upewniając się, że jest pionowy.

Uwaga: Mniejszy kołek może działać. Wybrałem średnicę 1 , aby zapewnić wystarczającą sztywność, aby tłumić drgania. Nie chcesz, aby dziadek miał chorobę samochodową podczas jazdy!

Część 2: uchwyt na tablet

Potrzebowałem lekkiego, ale solidnego sposobu, aby przymocować tablet do górnej części kołka. Sam tablet powinien być trzymany jak najbliżej kołka, aby jego ciężar nie działał jak dźwignia próbująca przewrócić łazik. Po krótkim rozważeniu zbudowania pudełka z lekkiego drewna, takiego jak lipa, zdecydowałem się na nie wymagające wysiłku podejście polegające na cięciu kartonu o odpowiednich rozmiarach. Znalazłem pudełko o wymiarach około 10 "x 12" x 1". Odetnij jeden koniec, aby tablet mógł się wsunąć, i wytnij prostokątny otwór z jednej strony, aby ekran tabletu był widoczny. Użyj gorącego kleju, aby zabezpieczyć uchwyt tabletu do góry kołka.

Krok 7: Załóż pasek

Musimy przymocować uchwyt do tabletu do łazika. Łazik nie jest do tego przeznaczony i nie ma wygodnych opcji montażu. Zdecydowałem się zabezpieczyć mocowanie za pomocą długiego nylonowego paska owiniętego wokół obu osi (nie osi!) łazika. Zapobiega to przechylaniu się uchwytu do przodu, do tyłu lub na boki. Upewnij się, że pasek nie wywiera nacisku na żaden z elementów elektrycznych i upewnij się, że jest dobrze naciągnięty i zabezpieczony, aby nie mógł się poluzować.

Krok 8: Zacznij wędrować

Po przymocowaniu uchwytu tabletu do łazika włącz Raspberry Pi i łazik. Gdy Pi jest online, zaloguj się do interfejsu internetowego (np. https://192.168.1.123) i wybierz opcję „Zażądaj kontroli”. Powinieneś teraz móc jeździć! Tylko jedna osoba na raz może prowadzić łazik, więc upewnij się, że zrezygnujesz z kontroli nad łazikiem, zanim ktoś inny spróbuje.

Instrukcje dla dziadków

Gdy łazik będzie online, zadzwoń do dziadka (lub babci!) przez FaceTime. Po odebraniu poproś ich o otwarcie przeglądarki internetowej i przejście do swojego publicznego adresu IP. W zależności od używanego telefonu/tabletu/komputera może być konieczne przejście w tryb „podzielonego ekranu” lub użycie drugiego urządzenia.

Po załadowaniu strony internetowej powinni zobaczyć interfejs sterowania łazikiem. Niech zażądają kontroli. Teraz mogą wchodzić w interakcje z resztą rodziny tak, jakby tam byli!

Krok 9: Przyszłe ulepszenia

Ten projekt nie jest doskonały. Niektóre możliwe ulepszenia:

• Stabilizatory łazika, aby nie przewrócił się tak wcześnie, gdy wpadnie na dziecko, zwierzę itp.
• Sposób na zapobieganie wpadaniu łazika na różne rzeczy (kierowca nie może patrzeć w dół!)
• Więcej finezji w sterowaniu oprogramowaniem pi-rover. W tej chwili są zakodowane na coś, co działało dla nas wystarczająco dobrze.
• Umieść narzędzie do wideokonferencji na stronie internetowej, aby babcia nie potrzebowała 2 urządzeń do korzystania z łazika