Sparky - Zrób to sam, oparty na sieci Web Robot Telepresence: 15 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Nazwa Sparky pochodzi od skrótu Self Portrait Artifact Roving Chassis I, niezręcznego tytułu dla projektu artystycznego rozpoczętego na początku lat 90-tych. Od tego czasu Sparky przekształcił się z ogromnej zabawki RC z kilkoma kamerami wideo do niani w autonomicznego robota telepresence z pełnym dostępem do Internetu. Na przestrzeni lat pojawiło się wiele różnych wersji, wykorzystujących szeroką gamę technologii i rozwiązań, ale zawsze w tym samym celu, aby zapewnić platformę do teleobecności na żywo i zdalnego autonomicznego wędrowania. Większość sprzętu wymaganego do tego projektu jest dostępna od ręki, a wiele z tego, czego użyłem, było już w moim sklepie z poprzednich projektów. Mam nadzieję, że będziesz miał podobny sprzęt, ale bądź przygotowany na improwizację, nurkowanie w śmietniku lub trafienie na Craigslist za brakujące części. Sparky używa Skype'a jako podstawy do czatu wideo, a także niestandardowego oprogramowania (i kodu źródłowego), który zapewniamy do podstawowych elementów sterujących serwomechanizmem. Możesz dostosować ten kod, aby dodać funkcjonalność do swojego robota - w tym więcej serw, ramion chwytaka i czujników. Ogranicza Cię tylko wyobraźnia i pomysłowość. Pamiętaj, że każdy robot będzie inny, więc ten przewodnik nie jest w żadnym wypadku kompletną instrukcją. Pomyśl o tym jako o punkcie wyjścia, o fundamencie, na którym zaprojektujesz i zbudujesz swoją własną, niepowtarzalną kreację Sparky.

Krok 1: Części - podwozie i układ napędowy

Podwozie i układ napędowy: Vex to popularny edukacyjny zestaw robotów. Jest bardzo podobny do tradycyjnego zestawu Erectora, z dodatkiem wyrafinowanych serwomotorów, kół i przekładni (VEX zawiera również własny język programowania i płytę komputerową do tworzenia kompletnych robotów, ale nie używamy ich w Sparky).

Krok 2: Części - Zasilanie

Zasilanie: Kompaktowy akumulator hobby 12 V, 7 Ah. W połączeniu z typowym falownikiem prądu stałego na prąd przemienny zapewnia wystarczającą ilość energii, aby uruchomić robota przez kilka godzin na jednym ładowaniu.

Krok 3: Części - Mózg

Mózg: Mac Mini pierwszej generacji jest tani i oferuje dużą moc i funkcjonalność w małym pakiecie, w tym Wi-Fi, Bluetooth i wystarczającą liczbę portów, aby podłączyć wszystko (USB, Ethernet, FireWire, audio).

Krok 4: Części - układ nerwowy

Układ nerwowy: Aby wypełnić lukę między komputerem a serwomotorami, Sparky używa płyty kontrolera MAKE.

Krok 5: Oprogramowanie

Oprogramowanie: Sparky używa Skype, popularnego bezpłatnego oprogramowania VoIP i czatu wideo, jako podstawy obecnej konfiguracji telepresence, ale rozszerzyliśmy jego funkcjonalność czatu o niestandardowe oprogramowanie, które dodaje sterowanie serwomotorem. Pliki te można modyfikować, dzięki czemu można dodać dowolne dodatkowe funkcje, takie jak czujniki, ramiona chwytaka i inne.

Krok 6: Inne składniki

Inne komponenty: monitor LCD, mysz, klawiatura Kamera internetowa Kable - USB, Firewire, Ethernet, zasilanie, wideo, audio Regulowany zasilacz zwiększający siłę serw Kółka samonastawne

Krok 7: Narzędzia

Narzędzia: Klucz imbusowy do nożyc do śrubokrętów Vex Różne opaski zaciskowe

Krok 8: PODWOZIE I UKŁAD NAPĘDOWY -1

Poprzednie wersje podwozia Sparky'ego były oparte na różnych materiałach, w tym spawanej stali, lego i nie tylko. Obecna wersja Sparky wykorzystuje system VEX Robotic Design, wykorzystując stalowe dźwigary, płytki i nakrętki/śruby typu Erector Set, a także dołączone koła zębate, koła i osie. Zestawy te oszczędzają dużo czasu podczas określania dokładnych wymiarów swojego bota. Kilka typowych kółek samonastawnych zapewnia zwinność w ciasnych zakrętach. Możesz budować z podobnych materiałów w skali zabawkowej lub możesz wybrać solidniejszą ramę ze spawanej stali, tak jak oryginalny Sparky.

Krok 9: PODWOZIE I NAPĘD - 2

Zestaw VEX zawiera wiele świetnych części, w tym standardowe serwa z ograniczonym zakresem ruchu 180*, ale także dwa serwa z silnikami o pełnym obrocie, które obracają się całkowicie jak silniki prądu stałego. Są one wygodne, ponieważ upraszczają wymagania dotyczące tworzenia ruchu koła z pełnym obrotem. (Oryginalny robot Sparky miał 2 serwa o ograniczonym zasięgu, ale nie napędzały one bezpośrednio kół robota. Zamiast tego fizycznie poruszały potencjometrami, które były podłączone do oryginalnego wózka inwalidzkiego, pozornie skomplikowane rozwiązanie podobne do Rube Goldberga, które działało zaskakująco dobrze od lat ale nadal denerwuje większość inżynierów!).

Krok 10: PODWOZIE I NAPĘD - 3

Serwa VEX nie są zbyt mocne, ale przy użyciu zamkniętych kół zębatych nadal mogą zapewnić wystarczający moment obrotowy na koła, chociaż poświęcając prędkość. Działa wystarczająco dobrze na twardych powierzchniach, ale walczy na dywanie lub nawet na małych wybojach. Następnym krokiem może być dodanie mocniejszych serwomechanizmów o pełnym obrocie, a nawet przejście na silniki prądu stałego, chociaż wymagałoby to również dodatkowego programowania.

Krok 11: PODWOZIE I NAPĘD - 4

Spędziliśmy sporo czasu na przerobieniu podwozia VEX, aby było jak najlżejsze i nadal posiadało wszystkie części. Szczególnym wyzwaniem był wybór monitora. Pierwotnie używałem lekkiego ekranu LCD 7, ale miał tak niską rozdzielczość, że nie było dobrze widać. Ostatecznie stary 17 LCD załatwił sprawę, chociaż ze znacznymi stratami w zwiększonej wadze. Kolejnym problemem związanym z kompilacją jest rozkład wagi. Akumulator, falownik i zasilacze muszą być umieszczone tak, aby ich ciężar był wyśrodkowany między kołami i nie obciążał zbytnio żadnego z nich. Wszystkie te problemy łączą się, tworząc trudną układankę z ciasno upakowanych komponentów i zapinanych na suwak kabli.

Krok 12: KOMPUTER I URZĄDZENIA PERYFERYJNE

Jednym z powodów, dla których obecny Sparky jest tak mały, jest inspirujący rozmiar Maca Mini. To była niezwykła świadomość, że moc obliczeniowa potrzebna do prowadzenia tego projektu staje się coraz mniejsza. Poprzednie wysiłki obejmowały pełnowymiarowy komputer stacjonarny G4, komputer iMac Luxo Lamp, a nawet rzadko widzący Mac Cube. Zacząłem nawet grzebać w idei iPhone'a Sparky, ale ma to swoje własne problemy i podłączenie sprzętu komputerowego jest proste. Patrząc z tyłu komputera Mac od lewej do prawej, znajduje się kabel zasilający, Ethernet (do kontrolera MAKE), Firewire (iSight), kabel monitora, USB (kontroler MAKE), inny USB (klawiatura i mysz). Całe nadmiarowe okablowanie, cegły zasilające itp. są przywiązane suwakiem i wciśnięte w obudowę. Istnieją trzy kable zasilające AC, Mac, monitor LCD i płytka MAKE, które są podłączone do trójdrożnego rozdzielacza podłączonego do falownika DC-AC, umieszczonego ciasno obok akumulatora 12 V. Kabel Ethernet i USB podłącza się do kontrolera MAKE, jeden do danych, drugi do zasilania. W tym momencie jest to działający komputer z WiFi, zasilany baterią, podłączony do płyty MAKE i siedzący na kołach (ale jeszcze nie nadający się do jazdy). Teraz jest dobry czas na przetestowanie rzeczy. Uruchom go i rozwiąż wszelkie problemy z dźwiękiem, wideo, Wi-Fi itp. Pobierz i używaj Skype do wykonywania połączeń wideo. Pamiętaj, aby usunąć wszystkie potencjalne niedogodności przed przejściem do następnej fazy.

Krok 13: UTWÓRZ KONTROLER

Do nawiązania fizycznego połączenia między komputerem Mac a serwomotorami wymagana jest płyta kontrolera. Płyta odbiera polecenia z komputera i zamienia je na impulsy elektryczne, które kręcą silniki. Może również odbierać sygnały z czujników (podczerwień, dotyk, światło) i wysyłać te dane z powrotem do komputera. Dostępnych jest wiele różnych kontrolerów. Jedną z najpopularniejszych jest prawdopodobnie Arduino, niedroga płyta kontrolera typu open source, którą wielu ludzi preferuje. Płytę MAKE otrzymałem kilka lat temu, gdy ledwo wyszedł z etapu prototypu. Nowsze wersje płytki są podobne, ale prawdopodobnie nieco prostsze w konfiguracji. Gorąco polecam odwiedzić witrynę MakingThings, aby zapoznać się z najnowszymi aktualizacjami oprogramowania układowego i innymi aktualizacjami płyty. Jedną z fajnych rzeczy w kontrolerze MAKE są wszystkie wbudowane w niego udogodnienia, takie jak ogromna liczba portów analogowych i cyfrowych dla wejścia i wyjścia. Najlepsze dla Sparky są 4 sloty na serwo typu plug-and-play. Serwa VEX podłącza się bezpośrednio do gniazd 0 i 1, oszczędzając dużo czasu i wysiłku przy tworzeniu połączeń od podstaw. Płyta MAKE ma również wygodny przełącznik zasilania serwo, który może pochodzić bezpośrednio z płyty MAKE przy 5 V lub można podłączyć zewnętrzny zasilacz, aby zwiększyć sok do 9 V. Silniki Sparky's VEX są obciążone większą wagą niż te, na które są przeznaczone, więc dodatkowa moc pomaga w kręceniu kół (silniki wydają się mieć wewnętrzny obwód odcinający, który zapobiega ich spaleniu w przypadku przyłożenia zbyt dużej mocy). Jeśli używasz Arduino lub innej płyty kontrolera, zajrzyj do Internetu, aby znaleźć informacje potrzebne do sterowania serwami. Powinno być dość łatwe do znalezienia.

Krok 14: OPROGRAMOWANIE

Sparky faktycznie używa dwóch komputerów - wbudowanego Maca Mini i innego komputera obsługującego sieć i gotowego do czatów wideo. Pomyśl o tym drugim komputerze jako o kabinie kontrolnej Sparky'ego. Używam starego powerbooka i kamery iSight. Oba komputery wymagają Skype'a. Projekt Sparky używa go do czatu wideo, ale wykorzystuje również jego funkcję czatu tekstowego do wykonywania poleceń sterowania silnikiem przez połączenie Skype - więc jeśli Skype się łączy, robotem można prowadzić bez konieczności dodatkowego połączenia między nimi. Jak to działa: Ponadto do Skype, Sparky wymaga niestandardowego oprogramowania wtyczek. Wtyczka kabiny kontrolnej jest wyposażona w przyciski sterujące WASD w stylu gry wideo, mapowane na klawiaturę. Naciśnięcia klawiszy z kabiny są wysyłane jako wiadomości tekstowe w Skypie do pokładowego Maca Mini Sparky, gdzie kolejna kopia wtyczki odbiera wiadomości tekstowe i tłumaczy je na polecenia ruchu wysyłane do kontrolera MAKE, który wysyła zasilanie do serw. Oto niestandardowe oprogramowanieOto instrukcje dotyczące oprogramowania

Krok 15: BYĆ ISKRY

Driving Sparky to wyjątkowe doświadczenie, połączenie symulacji marsjańskiego łazika i sieci społecznościowych na żywo z częstymi technicznymi ćwiczeniami przeciwpożarowymi. Sprawia, że ludzie myślą zarówno o swoich lękach, jak i pociągu do idei hybrydy człowiek-maszyna. Ale to zdumiewające, jak szybko ludzie zapominają, że rozmawiają z pół-maszynowym cyborgiem i po kilku wymianach Sparky jest w stanie stworzyć prawdziwe, ludzkie połączenie między uczestnikami. Przez lata, wersje Sparky służyły jako przewodnik po galerii, wokalista jazzowy i lider zespołu, gospodarz imprezy i wirtualny uczestnik Burning Man. Ale potencjał Sparky'ego jest znacznie większy niż te przykłady. Do czego możesz zmusić Sparky'ego? Gdzie byś to zabrał? Jak widzisz roboty teleobecności, które wpływają na sposób, w jaki wchodzisz w interakcję ze światem?