SOLARBOI - 4G Solar Rover do odkrywania świata!: 3 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Odkąd byłem młody, zawsze lubiłem odkrywać. Przez lata widziałem wiele konstrukcji zdalnie sterowanych samochodów sterowanych przez Wi-Fi i wyglądały wystarczająco zabawnie. Ale marzyłem o tym, by pójść o wiele dalej - w realny świat, daleko poza granice mojego domu, mojej ulicy, a nawet mojego przedmieścia. Pragnąłem zbudować robota, który mógłby wyjść daleko poza granice. Aby to zrobić, przygotowałem robota wyposażonego w kamerę, połączenie danych 4G i system zasilania energią słoneczną, który umożliwia misje trwające dni, tygodnie, a nawet miesiące. Teraz regularnie transmituję misje na żywo na Twitch.tv, a SOLARBOI ma swój udział w próbach zagłębienia się w australijską wieś niż jakikolwiek inny robot! Celem SOLARBOI jest pozostanie w australijskim miasteczku i nawigacja na wieś, do dalszych miejsc. Nie może otrzymać żadnej pomocy z zewnątrz w swojej misji, w przeciwnym razie uważa się, że nie powiodła się. Musi torować sobie drogę, kilometr po kilometrze, przez dni i tygodnie, polegając wyłącznie na słońcu do ładowania i sieci 4G do komunikacji z powrotem do bazy. Chociaż podstawy projektu brzmią łatwo, wykonanie go jest niezwykle trudne! Ten przewodnik służy wyjaśnieniu podstaw działania SOLARBOI i przedstawieniu pomysłów, jak najlepiej stworzyć platformę robota, która może przetrwać na zewnątrz przez wiele tygodni. Nie jest to dokładna instrukcja krok po kroku, jak tworzyć własne; zamiast tego jest to punkt wyjścia, którego możesz użyć do eksploracji własnych konstrukcji i projektów.

Krok 1: Krok 1: Sprzęt

Przede wszystkim będziesz potrzebować podwozia dla swojego robota. Podczas gdy wielu eksperymentuje z drukowanymi w 3D projektami łazików, ja zdecydowałem się użyć ukochanej zabawki z mojego dzieciństwa. Radio Shack RAMINATOR wyglądał fajnie, z dużymi oponami, napędem na cztery koła i działającym zawieszeniem po wyjęciu z pudełka. Chociaż jest zoptymalizowany pod kątem prędkości nad momentem obrotowym, zdecydowałem, że będzie to dobrze stanowić podstawę mojego projektu łazika. Po wyrwaniu zabawkowego sprzętu RC, zastąpiłem silnik szczotkowanym ESC Hobbyking, podczas gdy usunąłem oryginalną konfigurację sterowania i zastąpiłem ją wytrzymałym serwomechanizmem. Zainstalowano baterie litowo-polimerowe, aby zapewnić SOLARBOI moc do jazdy przez wiele godzin.

Po usunięciu mechaniki, kolejnym ważnym zagadnieniem jest dowodzenie i kontrola. W tym celu zdecydowałem się na Raspberry Pi Zero. Zaprojektowany, aby pobierać niewielką ilość energii, jest kompatybilny z urządzeniami peryferyjnymi USB i jest idealny do projektów połączonych z Internetem. Jako bonus działa dobrze z kamerą peryferyjną Raspberry Pi, co jest kluczem do zapewnienia nam widoku otoczenia robota, gdy jesteśmy w terenie. Do SOLARBOI wybrałem obiektyw typu rybie oko, który daje nam ładny, szeroki widok, ułatwiający poruszanie się po całym świecie. Aby połączyć się z bazą domową, polegamy na kluczu 4G, który zapewnia nam dużą przepustowość potrzebną do wysyłania poleceń do robota i odbierania wideo z powrotem.

Energia słoneczna jest kluczem do misji SOLARBOI, stąd nazwa. Zainstalowano panel słoneczny o mocy 20 W, aby w pełni wykorzystać dostępne słońce, nawet w dni bardziej pochmurne niż słoneczne. Służy do ładowania akumulatorów w ciągu dnia, dzięki czemu SOLARBOI może następnie jeździć w nocy, z dala od wścibskich oczu i złośliwych intruzów. Oczywiście, nawet przy niskim zasilaniu Pi Zero, które prowadzi program, nie możemy pozostawić go w całości włączonego innym razem zbyt szybko rozładowalibyśmy baterie. Tak więc, Pi musi być wyłączone przez większość czasu, ale włączane w regularnych odstępach czasu, aby zgłaszać pozycję SOLARBOI i pozwalać nam logować się i sterować robotem, kiedy chcemy. Aby to osiągnąć, Arduino Pro Micro uruchamia specjalny program, który włącza SOLARBOI na pierwsze 5 minut każdej godziny. Jeśli zalogujemy się do robota z Mission Control, pozostanie on włączony, umożliwiając nam wykonanie misji. Jeśli nie wykryje połączenia, wyłącza Raspberry Pi, aby oszczędzać energię i maksymalnie wykorzystać dostępną energię słoneczną. GPS jest również używany w celu upewnienia się, że Mission Control zawsze wie o pozycji SOLARBOI. Jazda na wsi w środku nocy może być bardzo trudna do poruszania się za pomocą samych wskazówek wizualnych. W ten sposób GPS pozwala nam ustalić położenie robota i osiągnąć nasze cele w głąb regionalnej Australii.

Krok 2: Krok 2: Oprogramowanie

Oczywiście, dobrze jest mieć łazik, ale potrzebuje oprogramowania, aby działał. Oprogramowanie SOLARBOI jest stale rozwijane, co pozwala na lepszą wydajność i poprawę łatwości użytkowania w miarę upływu czasu.

Łazik wykorzystuje Raspbian, domyślny system operacyjny Raspberry Pi Zero. Kontrola misji działa w systemie Windows. Powoduje to pewne problemy z różnymi narzędziami Linuksa, które muszą być specjalnie instalowane w Mission Control. Ostatecznie jednak ta konfiguracja pozwoliła nam przejechać wiele udanych kilometrów z SOLARBOI i dobrze sobie radzi. Wideo jest przesyłane strumieniowo z robota z powrotem do Mission Control przez Gstreamer. Jest trudny w użyciu i nie jest dobrze udokumentowany dla początkujących. Pozwala nam to jednak uzyskać strumień audio i wideo o niskim opóźnieniu z robota, który jest wystarczająco dobry, abyśmy mogli jeździć bez zbyt wielu problemów. Zdarzają się przerwy i są pewne opóźnienia, ale kiedy budujesz pierwsze na świecie roboty do eksploracji wsi, najlepiej wykorzystujesz to, co masz! Przesyłanie strumieniowe odbywa się w natywnym H264 z kamery Raspberry Pi, aby uniknąć nadmiernego obciążenia Pi Zero poprzez transkodowanie w locie. Sterowanie robotem odbywa się za pomocą niestandardowego kodu Pythona z architekturą serwer/klient. Korzystając z bibliotek, takich jak PiGPIO i Servoblaster, jesteśmy w stanie z łatwością sterować układem napędowym robota i innymi funkcjami w czasie rzeczywistym. Instalacja to pestka, dzięki dobrze rozwiniętemu ekosystemowi Raspberry Pi.

Używamy różnych bibliotek w Pythonie do wyświetlania telemetrii na ekranie. Najważniejszym jest MatPlotLib, który kreśli nasze wykresy baterii w Mission Control, które umożliwiają nam monitorowanie wydajności SOLARBOI podczas misji na żywo.

Krok 3: Krok 3: rzeczy, których uczysz się tylko w terenie

Żaden plan nie przetrwa pierwszego kontaktu z wrogiem, jak mówią. Właśnie w taki sposób SOLARBOI przeszedł wiele prób, próbując dotrzeć do staromodnej budki telefonicznej głęboko w wiejskiej Nowej Południowej Walii. Są to lekcje, których często można się nauczyć tylko w terenie, i te, których nauczyliśmy się na własnej skórze. Ukrycie jest sprawą najwyższej wagi. Jeśli robot wyróżnia się na tle otoczenia, może go łatwo znaleźć przechodniów podczas ładowania w ciągu dnia. Ze względu na niewielkie rozmiary i wagę platformy SOLARBOI można było łatwo ukraść lub zniszczyć, co spowodowało niepowodzenie swojej misji. To ryzyko, które podejmujemy za każdym razem, gdy wyruszamy na wolność. Aby to złagodzić, SOLARBOI jest pomalowany na zielono szare wykończenie, próbując się wtopić. Znalezienie bezpiecznej przestrzeni do ładowania z dużą ilością światła słonecznego, ale minimalna widoczność jest ciągłym wyzwaniem. Pomimo mocnych referencji terenowych SOLARBOI nie jest w stanie pokonać każdej przeszkody na swojej drodze. W przeszłości mieliśmy problemy z utknięciem na skałach lub wpadnięciem na małe drzewa. W większości przypadków jest to spowodowane kamerą o słabym polu widzenia, słabym oświetleniu w nocy i skrajnym zmęczeniu operatora. Nasze ulepszenia w zakresie lepszych reflektorów i soczewek typu „rybie oko” mają na celu rozwiązanie tego problemu w przyszłości. Powolny i stały postęp, a nie całkowita prędkość, to również dobra mantra do życia, aby uniknąć zderzenia z obiektami podczas jazdy z opóźnieniem wideo 500 ms. Samo wdrożenie w kraju powoduje własne problemy. Oznacza to, że sprzęt SOLARBOI musi być w doskonałym stanie, aby wielogodzinna podróż do miejsca wdrożenia nie poszła na marne. Kosztowało nas to dużo benzyny i czasu w poprzednich misjach, a to, czego zamierzamy uniknąć w przyszłości, przeprowadzając rygorystyczne testy. Niemniej jednak jest to coś, co należy wziąć pod uwagę przy wdrażaniu robota daleko. Wreszcie dobre zaplecze w Mission Control jest koniecznością. Kofeina musi być pod ręką, aby załoga była czujna i czujna, a także woda, aby utrzymać prawidłowe nawodnienie. Przejrzysta i aktualna telemetria jest również pomocna w szybkim diagnozowaniu problemów, a obraz wideo o niskim opóźnieniu bez przerw jest najlepszy do płynnej jazdy w australijskiej dziczy. Pozwala to również kierowcy w pełni wykorzystać prędkość SOLARBOI, gdy jest to konieczne, aby uniknąć przejeżdżających samochodów, dzikich zwierząt lub Kota Shackletona, którego spotkaliśmy w Misji 1. Ogólnie rzecz biorąc, SOLARBOI ma znacznie więcej do zrobienia w przyszłych misjach, a najlepiej byłoby spędzić wiele miesięcy w terenie, eksplorując daleko i szeroko. Aby śledzić podróż SOLARBOI, śledźcie ją na Twitch.tv i Youtube i cieszcie się misjami poniżej! Jak zawsze, będzie więcej przygód, ponieważ SOLARBOI rozwija się i podróżuje coraz dalej od domu!