Kieszonkowy robot szpiegowski: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Znudzony podczas blokady? Chcesz odkryć ciemną krainę pod sofą w salonie? W takim razie kieszonkowy robot szpiegowski jest dla Ciebie! Przy wysokości zaledwie 25 mm ten mały robot jest w stanie zapuszczać się w miejsca o wiele za małe, aby ludzie mogli się tam udać, i przekazuje wszystko, co widzi, za pomocą wygodnej aplikacji na telefon!

Wymagania:

Średnie doświadczenie w elektronice

Podstawowa wiedza o pytonie i malinowym pi

Dużo czasu

Kieszonkowe dzieci

Części:

• Raspberry pi Zero W (nie WH, ponieważ nie będziemy używać dostarczonych nagłówków)
• Kamera Raspberry pi
• Karta SD dla Pi (najlepiej 8 GB lub więcej)
• 2x 18650 baterie i uchwyt (ponieważ obwód ładowania nie jest wbudowany w ładowarkę, zwykle pomaga!)
• 2x 300RPM mikro motoreduktory 6V
• Sterownik silnika L293D
• LM7805 Regulator napięcia
• Kondensator 22μF
• Kondensator 10μF
• Szpilki i gniazda nagłówka SIL 2,54 mm (2 x 8-długie sekcje każdego)
• Kołki nasadowe o średnicy 2,54 mm pod kątem 90 stopni
• 10x śruby z łbem stożkowym M3 x 8mm
• 4x śruby z łbem stożkowym M3 x 12mm
• 14x nakrętki nylock M3
• Zestaw złączy Dupont (może się bez niego obejść, ale znacznie ułatwia życie)
• Pręt aluminiowy lub stalowy 5mm x 80mm
• Różne przewody
• Płyta lutownicza

Narzędzia:

• Lutownica i lut
• Zestaw plików
• Różne wkrętaki
• Jakiś nóż rzemieślniczy
• Super klej
• Nożyce do drutu
• Narzędzia do ściągania izolacji
• Wiertarka elektryczna i zestaw bitów (3mm i 5mm zostaną użyte do oczyszczenia dziur w wydruku)
• Drukarka 3D (chociaż części można wydrukować i wysłać do Ciebie dowolną z wielu takich usług)
• Mini piła do metalu
• Multimetr
• Taśma elektryczna

Krok 1: Budowa podwozia

Dość wcześnie zdałem sobie sprawę, że chociaż taśma izolacyjna jest niesamowita, prawdopodobnie nie powinna być używana do tworzenia solidnej obudowy, więc drukowanie 3D było kolejnym oczywistym wyborem (w pewnym momencie zamierzam ją zdjąć, jak tylko Tak zrobię, wrzucę.) Części są zaprojektowane do sklejenia razem z zazębiającymi się sekcjami widocznymi na powyższych zdjęciach, ponieważ używam drukarki Elegoo Mars, która daje piękne wydruki, ale niestety ma dość małą platformę roboczą. W tym miejscu pojawiają się pilniki i superklej, krawędzie oznaczone powyżej należy spiłować, aż będą dobrze pasować do szczelin w następnym kawałku. Odkryłem, że ponieważ drukarki 3D nie są idealne, jest to najlepszy sposób na uzyskanie Doskonałe dopasowanie. Więc po zakończeniu zgłoszenia sklej części razem! (Tylko nie palcami, jak się nauczyłem o jeden zbyt wiele razy) Podczas sklejania części zalecam układanie ich na płaskiej powierzchni, aby upewnić się, że są ustawione prosto. (Może w tym pomóc ich obciążenie)

Kilka otworów będzie wymagało wywiercenia wiertłem 5 mm (oznaczonym na piątym obrazie), należy to zrobić niezwykle ostrożnie lub za pomocą okrągłego pilnika, aby zminimalizować ryzyko złamania części. Aby później ułatwić montaż, wszystkie otwory o średnicy 3 mm w podwoziu należy wywiercić wiertłem 3 mm, aby zapewnić dobre dopasowanie śrub. Ponadto w podstawie podwozia znajduje się szereg sześciokątnych wycięć, w które można dopasować nylock, warto użyć małego pilnika, aby je poszerzyć, jeśli nakrętki nie pasują łatwo. Stwierdziłem, że znacznie lepiej jest zaprojektować do dokładnego rozmiaru, a następnie usunąć materiał w razie potrzeby, ponieważ zapewnia to najlepsze dopasowanie.

Części do druku:

• Podwozie1.stl
• Podwozie2.stl
• Podwozie3.stl
• Podwozie4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Koło1.stl
• 2x Koło2.stl
• top.stl

Krok 2: Obwód

Ponieważ cały punkt projektu jest zwarty, obwód do zasilania samego pi i silników jest wbudowany w pojedynczą płytkę, która znajduje się na szczycie pi, podobnie jak HAT, łącząc się przez szczeliny w gniazdach przylutowanych do GPIO. Ponieważ silniki są dość małe i nie wymagają dużego prądu, użyłem kontrolera silnika z podwójnym mostkiem H L293D do ich zasilania, ponieważ GPIO Pi może ulec uszkodzeniu, jeśli jest używane do napędzania silników (Back EMF i takie jak przetężenie). Podwójny mostek H wykorzystuje zestaw tranzystorów NPN i PNP, tak że jeśli tranzystory Q1 i Q4 są zasilane, co pozwala na przepływ prądu, silnik obraca się do przodu. Jeśli Q2 i Q3 są zasilane, prąd przepływa przez silnik w przeciwnym kierunku i obraca go do tyłu. Oznacza to, że silnik można obracać w obie strony bez użycia przekaźników lub innych elementów i pozwala nam zasilać silnik osobno do pi, a nie odciągać go.

LM7805 zapewnia pi zasilanie przez pin 5V GPIO, ale nie powinien być używany do zasilania L293D, ponieważ pi może wymagać prawie całego wyjścia 1A 7805, więc najlepiej nie ryzykować jego stopienia.

Bezpieczeństwo:

Jeśli obwód jest zbudowany niepoprawnie i do pi jest dostarczane więcej niż 5V lub jest przełożone przez inny pin, pi zostanie nieodwracalnie uszkodzony. Co ważniejsze, obwód powinien być dokładnie sprawdzony i przetestowany pod kątem zwarć, szczególnie na wejściach akumulatora, ponieważ LiPo mają tendencję do powodowania problemów, *kaszel*, wybuchów po zwarciu, prawdopodobnie powinieneś tego unikać. Odkryłem, że najlepszym sposobem na sprawdzenie tego było przetestowanie obwodu poprzez podłączenie 4 bloku baterii AA do wejścia i pomiar napięcia wyjściowego za pomocą multimetru. W każdym razie koniec z bezpieczeństwem, zróbmy trochę lutowania!

Płytka powinna być zbudowana zgodnie z powyższym schematem obwodu i w podobnej konfiguracji do mojego obwodu, ponieważ ten układ idealnie pasuje do pi i jeszcze nie eksplodował LiPo (skrzyżowane palce). Ważne jest, aby przestrzegać poniższej kolejności, ponieważ przewody będą prowadzone blisko lub nad innymi przewodami i pinami, ta kolejność oznacza, że te przewody są wykonywane jako ostatnie, aby uniknąć zwarć. Podczas lutowania na kołkach nagłówka ważne jest, aby wsunąć je w zapasową sekcję nagłówka, aby upewnić się, że nie poruszają się po podgrzaniu.

Kroki:

1. Przytnij deskę do odpowiedniego rozmiaru i spiłuj przyciętą krawędź na gładko (moja używa 11 rzędów na 20 rzędów i pomocnie ma litery i cyfry do ich zakodowania) Aby ułatwić życie, podam pozycje szpilek na planszy za pomocą tego układu współrzędnych. Ponieważ plansza jest dwustronna, stronę zwróconą do pi będę określać jako stronę „B”, a stronę oddaloną od pi jako stronę „A”.
2. Przylutuj L293D i LM7805 na miejscu, górny lewy pin L293D znajduje się po stronie B w pozycji C11. LM7805 będzie wymagał wygięcia pinów wyjściowych tak, aby metalowa tylna strona chipa leżała płasko na płycie, lewy pin powinien znajdować się w pozycji P8.
3. Przylutuj kołki głowicy na miejscu, najpierw należy wepchnąć krótszy bok kołków przez czarny blok, aż będą płasko przylegać do górnej części tego bloku. Należy je przepchnąć od strony A prawym dolnym rogiem w otworze T1 i przylutować od strony B, jak pokazano i udokumentowano na powyższych zdjęciach. Kiedy to zrobisz, delikatnie odetnij czarne bloki i włóż 2 rzędy pinów do odpowiednich nagłówków, które nie powinny być jeszcze przylutowane do pi, dzięki czemu szpilki nie poruszają się podczas ich lutowania.
4. Następnie przylutuj piny silnika i akumulatora, 4 szerokie na silnik i 2 szerokie na akumulator. Kołki akumulatora powinny być umieszczone w gniazdach J4 i K4 po stronie B, kołki silnika między L2 i O2 po stronie B.
5. Teraz trzeba przylutować dwa kondensatory, oba od strony B. Anoda (noga dodatnia) kondensatora 22μF powinna znajdować się w gnieździe P10 po stronie B i powinna być przylutowana do P8 pozostałą częścią nogi, przed przycięciem resztek. Katodę (ujemna noga) należy przełożyć przez szczelinę P11 i wygiąć, jak pokazano na rysunku, aby połączyć z P7 (katoda 7805). Anodę kondensatora 10 μF należy przełożyć przez gniazdo P4 a nóżkę przylutować do pinu P9, katodę przez gniazdo P3 i podłączyć do P7 w taki sam sposób jak drugi kondensator.
6. Przewody łączące powinny przebiegać ścieżkami widocznymi na powyższych zdjęciach, więc aby zaoszczędzić czas na czytanie, przygotowałem listę pinów, które powinny być połączone tymi, w kolejności i z określonymi stronami, podana strona to ta, po której część izolowana drutu znajduje się dalej. Współrzędne zostaną sformatowane w taki sposób, że pierwsza litera oznacza stronę, a następnie współrzędne. Na przykład, gdybym miał podłączyć pin L293D do wyjścia, ten sam otwór, którego używa pin, nie mógłby zostać użyty, więc sąsiedni otwór byłby, pin, z którym łączy się przewód, zostanie umieszczony po obu stronach otworów, przez które przechodzą. To wyglądałoby jak B: A1-A2 do G4-H4 z przewodem przechodzącym przez otwory A2 i G4. Uwaga: Na moich zdjęciach strona A nie ma napisu, załóżmy, że będzie to od lewej do prawej.
7. Ponieważ masz już lutownicę, teraz jest dobry moment na przylutowanie przewodów silnika i akumulatora, polecam około 15 cm na przewody silnika, które należy przylutować poziomo do tylnej płyty silnika, aby zaoszczędzić miejsce, zdjęcie tego jest powyżej. Złącza są potrzebne na drugim końcu przewodów silnika, zalecam umieszczenie w nich niewielkiej ilości lutu po zaciśnięciu, aby zapewnić solidne połączenie. Czerwony przewód z jednego uchwytu baterii powinien być przylutowany do czarnego przewodu drugiego, pozostawiając około 4 cm między nimi, pozostałe dwa przewody potrzebują około 10 cm każdy, ale zamiast tego potrzebują złącza przymocowanego do końca, aby połączyć się z płytą.

Okablowanie:

1. B: C4-B4 do F11-G11
2. B: C9-B9 do O1-O2
3. B: G11-H11 do K5-K4
4. B: F9-G9 do M1-M2
5. B: F8-G8 do I4-J4
6. B: F6-G6 do L1-L2
7. B: K4-L4 do O10-P10
8. B: F7-H7 do N7-O7
9. Po stronie A wszystkie przewody są przylutowane do tej strony, żadne przewody nie są przepuszczane, więc potrzebne są tylko 2 współrzędne.
10. O: O4 do O2
11. O: O5 do N2
12. O: O10 do M2
13. O: O7 do P2
14. Odp.: od R4 do Q2
15. A: Wszystkie piny uziemienia O7, O8, R7 i R8 powinny być połączone.
16. O: E7 do K4
17. O: O1 do R10
18. O: M1 do R11
19. O: E4 do T1
20. Odp.: G2 do R6

Zalecam sprawdzenie tego w porównaniu z powyższym schematem obwodu, aby upewnić się, że okablowanie jest prawidłowe przed testowaniem. Testowanie obwodu powinno odbywać się za pomocą zestawu multimetru do testowania łączności, piny, które należy sprawdzić, są następujące, ale jeśli jesteś już kompetentny w elektronice, przetestuj jak najwięcej. Aby sprawdzić: szpilki wejściowe akumulatora, szpilki silnika, wszystkie szpilki nagłówka dla pi oraz wejście i wyjście 7805 względem masy.

Krok 3: Konfiguracja Pi

W tym samouczku zakładam, że twoje pi jest już skonfigurowane z obrazem i podłączone do Internetu, jeśli konfigurujesz pi po raz pierwszy, sugeruję skorzystanie z następującego przewodnika z ich strony internetowej, aby zainstalować obraz:

www.raspberrypi.org/downloads/

Odkryłem, że życie jest znacznie łatwiejsze, jeśli można pracować z pi, będąc nadal w robocie, ale ponieważ port HDMI jest zablokowany przez dystans, zdalny pulpit jest kolejną najlepszą rzeczą. Jest to dość łatwe do skonfigurowania przy użyciu pakietu o nazwie xrdp i protokołu RDP firmy Microsoft (wbudowanego w okna, więc nie ma w tym nic złego).

Aby skonfigurować xrdp, najpierw upewnij się, że twoje pi jest aktualizowane, uruchamiając polecenia „sudo apt-get update” i „sudo apt-get upgrade”. Następnie uruchom polecenie „hostname -I”, które powinno zwrócić lokalny adres IP pi i gotowe! Naciśnij klawisz Windows na komputerze i otwórz program o nazwie „Podłączenie pulpitu zdalnego”, a następnie wprowadź adres IP swojego pi w polu Komputer, a następnie nazwę użytkownika „pi”, jeśli tego nie zmieniłeś, naciśnij Enter i połączenie zostanie ustanowiony z pi.

Pierwszy pakiet, którego będziesz potrzebować, dotyczy aparatu, ponieważ nie jest to moja specjalizacja, dodałem link do oficjalnego przewodnika po tym, który działał dla mnie idealnie.

projects.raspberrypi.org/en/projects/getti…

Po wykonaniu tego przewodnika i zainstalowaniu powyższego oprogramowania możesz przejść do następnego kroku!

Krok 4: Kodeks

Po pierwsze z kodem, programowanie jest dalekie od mojej ulubionej części robotyki, więc chociaż program jest w pełni funkcjonalny, struktura bez wątpienia nie jest idealna, więc jeśli zauważysz jakiekolwiek problemy z nim, naprawdę będę wdzięczny za informacje zwrotne!

Pobierz załączony plik Pythona do swojego pi i umieść go w folderze Dokumenty, a następnie otwórz terminal, aby rozpocząć konfigurację automatycznego uruchamiania. Aby upewnić się, że nie potrzebujesz zdalnego pulpitu do pi za każdym razem, gdy chcesz użyć robota, możemy skonfigurować pi tak, aby uruchamiał program przy starcie. Rozpocznij konfigurację, wpisując „sudo nano /etc/rc.local” w terminalu, co powinno wywołać terminalowy edytor tekstu o nazwie Nano, przewiń do dołu pliku i znajdź wiersz z napisem „exit 0”, utwórz nową linię powyżej tego i wpisz "sudo python /home/pi/Documents Spy_bot.py &". Dodaje to polecenie uruchomienia pliku Pythona zgodnie z procesem uruchamiania, ponieważ nasz program będzie działał nieprzerwanie, dodajemy „&”, aby rozwidlać proces, umożliwiając pi dokończenie uruchamiania zamiast zapętlania tego programu. Aby wyjść z nano, naciśnij ctrl+x, a następnie y. Po wyjściu z powrotem do terminala wpisz „sudo reboot”, aby ponownie uruchomić pi i zastosować zmiany.

Jeśli silniki obracają się w niewłaściwych kierunkach, otwórz plik Spy_bot.py w edytorze tekstu i przewiń do sekcji kodu silnika, która będzie oznaczona instrukcjami dotyczącymi dokładnych liczb do zamiany. Jeśli lewy i prawy silnik są zamienione, można to naprawić w kodzie lub zamieniając przewody, jeśli wolisz uniknąć ponownego rozbierania, zamień dowolną 12 w funkcji silnika na 13 i dowolną 7 na 15.

Kod jest opatrzony adnotacjami ze szczegółami działania każdej sekcji, dzięki czemu można go łatwo zmodyfikować i zrozumieć.

Krok 5: Składanie wszystkiego razem

Montaż silników:

Po sklejeniu obudowy i ustawieniu pi, jesteś teraz gotowy do złożenia robota! Najlepszym miejscem do rozpoczęcia są silniki, ich uchwyty są zaprojektowane tak, aby ściśle przylegały, więc prawdopodobnie będzie potrzebna niewielka ilość opiłków na małych wypustkach po wewnętrznej stronie, które są oznaczone na powyższym zdjęciu. Otwory na ich końcach mogą również wymagać lekkiego poszerzenia, tak aby wypukła złota sekcja na końcu silników zmieściła się w nich. Gdy silniki będą dobrze dopasowane do obudów, możesz wyjąć silnik i przykręcić obudowy do ich pozycji na tylnym końcu robota za pomocą śrub i nylocków M3 x 8 mm, a następnie włożyć silniki z powrotem na swoje miejsca.

Mocowanie elektroniki:

Następnie uchwyty baterii i raspberry pi można przykręcić za pomocą śrub i nylocków M3 x 8mm zgodnie ze zdjęciami, otwory montażowe w pi zero mogą wymagać lekkiego poszerzenia, ponieważ śruby będą mocno dokręcone, najbezpieczniejszy i najlepszy sposób to z małym okrągłym plikiem i dużą ostrożnością. Warto umieścić przewody akumulatora i silnika poniżej miejsca, w którym idzie pi, ponieważ dzięki temu cała konfiguracja jest znacznie ładniejsza bez luźnych przewodów wszędzie.

Teraz nadszedł czas, aby dodać kamerę, którą można umieścić na 4 kołkach z przodu obudowy z kablem już z tyłu, drugi koniec kabla taśmowego należy delikatnie złożyć, aby wsunąć się w port kamery pi, ze stykami kabla skierowanymi w dół, uważaj, aby nie zgiąć mocno kabla taśmowego, ponieważ są one raczej delikatne.

Montaż płyty górnej:

6 wsporników powinno mieć długość 19 mm, jeśli nie, to przyzwoity metalowy pilnik powinien wystarczyć, a kiedy to zostanie zrobione, należy je przykręcić do górnej strony podwozia, świeżym końcem do plastiku, jeśli ma to zastosowanie. Górną płytę można teraz przykręcić do nich, upewniając się, że delikatnie złożysz pod nią kabel taśmowy.

Dodanie kół:

Na ostatnim kroku koła! Dwa koła z mniejszymi otworami centralnymi powinny być wywiercone do 3 mm, aby pasowały do wałów silnika, chociaż jeśli twoja drukarka 3D jest skalibrowana na wysokim poziomie, nie powinno to być konieczne. Kwadratowe otwory we wszystkich kołach będą wymagały lekkiego poszerzenia, aby można było umieścić w nich nylock, kiedy to zrobimy, M3 x 12mm, a nylock wymaga dopasowania do każdego koła i dokręcenia na tyle, aby łeb śruby był na poziomie krawędź koła. Pozostałe dwa koła będą wymagały poszerzenia w taki sam sposób jak pozostałe, ale do 5 mm, aby dopasować oś. Gdy wszystkie koła są już przygotowane, zalecam użycie jakiejś formy taśmy elektrycznej lub gumki, aby dodać do nich powierzchnię chwytu, jeśli używana jest taśma, około 90 mm wystarczy, aby raz okrążyć koło. Tylne koła są teraz gotowe do zamocowania, najprostszym sposobem, aby to zrobić, jest obrócenie wału silnika tak, aby płaska powierzchnia była skierowana do góry i przykręcenie koła śrubą skierowaną w dół, pozostawiając 1-2 mm między kołem a obudowa silnika, aby uniknąć zaczepienia. Przednią oś można teraz przełożyć przez przednie klocki i zamocować koła.

Ten krok powinien zakończyć projekt, mam nadzieję, że był pouczający i łatwy do naśladowania, a przede wszystkim zabawny! Jeśli masz jakieś sugestie, pytania lub ulepszenia, które mogę wprowadzić, daj mi znać, z przyjemnością odpowiem na wszelkie pytania i w razie potrzeby zaktualizuję tę instrukcję.