Робот дистанционного присутствия Snap Circuits: 9 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Праздники в 2020 году немного другие. Моя семья разбросана по стране, и из-за пандемии мы не можем собираться вместе на праздники. Я хотел, чтобы дедушка и бабушка чувствовали себя причастными к празднованию Дня Благодарения. Робот телеприсутствия, такой как Double 3, был бы идеальным, за исключением того, что он стоит 4000 долларов. Я подумал, смогу ли я построить нечто подобное за гораздо меньшие деньги.

Snap Circuits® RC Snap Rover® - это дистанционно управляемый вездеход с электроникой, созданной для изменений и экспериментов. Это примерно подходящего размера, чтобы быть основой робота телеприсутствия, и я подумал, что, вероятно, смогу подключить его для управления через Интернет.

Если бы я мог установить планшет на вездеход, у меня был бы робот телеприсутствия, который позволил бы бабушкам и дедушкам участвовать в нашем празднике! Они смогут самостоятельно передвигаться по дому и взаимодействовать с разными людьми, вместо того, чтобы застревать в одном месте. Новинка также может заинтересовать их и моих детей больше, чем обычный видеозвонок.

Я заставил робота работать накануне Дня Благодарения, и это был огромный успех!

Имея готовую электронику и немного столярных изделий, вы тоже можете построить робота телеприсутствия. Пайка не требуется!

Запасы:

Аппаратное обеспечение

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Примечание. В Snap Rover Deluxe используются не те же детали, что и в этом руководстве. Если у вас есть Deluxe Snap Rover, вам необходимо приобрести отдельную микросхему управления двигателем

• Разъемы Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W или другое устройство с программируемыми GPIO, способное запускать NodeJS
• Чехол для Raspberry Pi (необязательно)
• Заголовки GPIO Hammer (женские)
• Карта MicroSD (4 ГБ или больше)
• Аккумулятор USB и кабель Micro-USB для питания Pi
• iPad или другой планшет / телефон

• Разное. древесина:

  • Деревянный дюбель 1 x 48 дюймов, отрезанный до желаемой высоты.
  • 2х4, ок. 10 дюймов в длину
  • 2 части формованного изделия размером 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 куска лома 1x1 или аналогичный, прибл. 3 дюйма в длину
• Небольшая картонная коробка для держателя iPad
• Ремешок из нейлоновой тесьмы, прибл. 6 '

Программное обеспечение

• На марсоходе:

  • ОС Raspberry Pi Lite
  • Node.js (протестирован с неофициальной сборкой armv6 14.15.1 на Pi Zero W)
  • программное обеспечение для дистанционного управления pi-rover

• На планшете:

  Facetime, Zoom или другое программное обеспечение для видеоконференцсвязи

• На вашем ПК:

  Клиент ssh (встроенный в Mac + Linux; используйте что-то вроде PuTTY для Windows)

Инструменты

• Сверло с перфорацией 1 дюйм
• Пистолет для горячего клея
• Молоток
• Пила
• Рулетка / линейка

Для пользователя (бабушки, дедушки и т. Д.)

Дедушке или тому, кто управляет марсоходом, понадобится следующее:

ПК с программным обеспечением для видеоконференцсвязи (FaceTime, Zoom и т. Д.) И веб-браузером

ИЛИ

Планшет / телефон с возможностью разделения экрана и ПО для видеоконференцсвязи

ИЛИ

• 2 устройства:

  • Телефон, планшет или другое устройство с программным обеспечением для видеоконференцсвязи, и
  • Второе устройство с веб-браузером, которое можно использовать для управления браузером, пока первое устройство используется для видео.

Шаг 1: выбор оборудования

Чтобы управлять марсоходом из Интернета, мне нужен был небольшой компьютер, который мог бы одновременно управлять марсоходом и действовать как веб-сервер, чтобы дедушка и бабушка могли получить доступ к марсоходу. Raspberry Pi Zero W идеально подходит. Он небольшой, имеет Wi-Fi и достаточно мощного процессора для работы небольшого веб-сервера. К тому же это всего 10 долларов, что дешевле, чем практически все другие варианты для любителей. Я получил аксессуары для Pi + от отличных сотрудников Adafruit.

Шаг 2: Подготовка Pi: заголовки

Линия обучающих игрушек Snap Circuits похожа на кубики LEGO® для электроники. Они позволяют подключать схемы без пайки и относительно безопасны для детей. Платы электроники для любителей (например, Raspberry Pi) предоставляют несколько способов подключения, но ни один из них не совместим со схемами Snap Circuits.

Чтобы обойти это, мы установим разъем в Pi, а затем воспользуемся специальными перемычками «Snap to Pin», чтобы подключить Pi к роверу без пайки.

Установите головку молота с внутренней резьбой в Pi, следуя инструкциям по установке (с пометкой «для pHAT»). Важно использовать женские заголовки; это позволяет нам подключать перемычки.

Шаг 3: Подготовка Pi: программное обеспечение

Raspberry Pi загружает свое программное обеспечение с карты MicroSD. Мы установим операционную систему, затем загрузим Pi и установим еще пару инструментов, а также программное обеспечение для управления ровером.

1. Используйте программное обеспечение Raspberry Pi Imager на своем ПК, чтобы загрузить и установить Raspberry Pi OS Lite (32-разрядную версию) на SD-карту.
2. Используйте это руководство, чтобы настроить Pi в режиме «без головы», без использования клавиатуры или экрана. Это позволит Pi подключиться к Wi-Fi при первой загрузке.
3. Включите протокол Secure Shell (ssh) на Pi, выполнив шаги 3 + 4 из этого руководства по SSH. Вы можете не обращать внимания на настройку «X Forwarding». Это позволит вам войти в Pi, как только он выйдет в сеть.
4. Переместите SD-карту в Pi и загрузите Pi. Я использовал USB-аккумулятор для обеспечения питания, но на этом этапе вы также можете использовать адаптер питания или кабель Micro-USB для питания его от вашего ПК.
5. Найдите IP-адрес Pi. Вам нужно будет подключиться к Pi, а позже - для управления марсоходом.

6. Войдите в Pi со своего ПК. В разделе «Настройка клиента» руководства по SSH есть подробные инструкции. Теперь вы должны войти в систему Pi:

   ssh pi @

7. Программное обеспечение для удаленного управления использует инструмент под названием NodeJS. Чтобы установить NodeJS на Pi, выполните следующие команды через 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. Теперь у вас должен быть установлен NodeJS на Pi. Чтобы проверить это, запустите

   узел -v Через несколько секунд он должен вывести версию NodeJS, например

   Версия 14.15.1

9. Затем мы установим программное обеспечение для управления ровером, которое называется пи-ровер. Это займет несколько минут:

   sudo apt-get install git

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

10. Запустите серверное программное обеспечение на Pi:

    узел index.js

    Если все пойдет хорошо, вы сможете получить доступ к Pi через веб-браузер на своем ПК, перейдя к порту 8080 на IP-адресе Pi. Например, если IP-адрес вашего Pi 192.168.1.123, перейдите по адресу

11. Закройте серверное программное обеспечение, нажав Ctrl-C.

12. Чтобы запускать сервер при каждом запуске Pi, установите файл системной службы:

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

    sudo systemctl включить pi-rover.service

13. Как только программное обеспечение будет протестировано и заработает, выключите его, чтобы мы могли установить Pi в марсоход:

    sudo shutdown -h сейчас

Примечание. Если вы собираетесь предоставить доступ другим людям за пределами вашей домашней сети (например, дедушке, который находится у себя дома в этот День Благодарения), вам необходимо настроить маршрутизатор для отправки трафика с вашего общедоступного IP-адреса на Пи. Для этого воспользуйтесь руководством по переадресации портов.

Шаг 4: Подключите ровер

Snap Rover поставляется с инструкциями по подключению пульта дистанционного управления, входящего в комплект ровера. Мы адаптируем их, чтобы заменить компонент радиоприемника на Pi.

В руководстве по вездеходу есть несколько схем. Начните с №1 («Night Rover») и вырвите все, что находится слева от столбца 6. Это оставляет на месте ИС управления двигателем, (4) резистора 1 кОм на входах ИС управления двигателем, ползунковый переключатель, и провода, идущие к марсоходу.

Шаг 5: Подключите Pi к роверу

Если у вас есть чехол для Pi, но вы еще не установили его, сделайте это сейчас.

Разъем 40pin на Pi предоставляет большую функциональность. Мы будем использовать несколько контактов ввода-вывода общего назначения (GPIO) для подключения Pi к роверу. Важно подключить это точно так, как показано здесь; неправильное подключение может привести к повреждению Pi или вездехода.

1. Пины на Pi пронумерованы 1-40. Стоит просмотреть распиновку, чтобы понять, как они выложены.

2. Используйте разъемы Snap-to-Pin для подключения следующих 4 GPIO к резисторам на входах ИС управления двигателем:

   1. Контакт 11 (GPIO 17) к резистору на НЧ
   2. Вывод 12 (GPIO 18) к резистору на LB
   3. Контакт 13 (GPIO 27) к резистору на RF
   4. Контакт 15 (GPIO 22) к резистору на РБ
   5. Используйте еще один разъем Snap-to-Pin, чтобы соединить контакт заземления (контакт 14) от Pi с землей (-) на ровере. Хотя у нас есть 2 отдельных источника питания (ровер использует 9 В, а Pi использует 5 В от аккумулятора USB), две стороны электрически соединены, и нам нужно общее заземление для работы схемы.

Шаг 6. Соберите крепление для планшета

Для установки планшета необходимо уравновесить несколько конкурирующих требований:

• Таблетка должна находиться достаточно высоко в воздухе, чтобы взаимодействовать с стоящими детьми и взрослыми.
• Марсоход должен быть достаточно устойчивым, чтобы не опрокидываться во время движения.
• Планшет следует устанавливать как можно ближе к центру марсохода, чтобы обеспечить стабильность и плавность движения.
• Верхняя часть марсохода не предназначена для крепления к ней чего-либо, кроме схем защелкивания, и нет отличного способа разместить на ней нагрузку, не рискуя повредить компоненты.

Часть 1: Наведение мостов

Верх марсохода представляет собой пластиковую решетку с выступами, предназначенную для фиксации электронных компонентов. Размещение нагрузки непосредственно на сетке не будет стабильным и может повредить сетку. Я решил построить что-то вроде моста над основанием с опорами, которые находятся между выступами на решетке, и дюбелем, установленным на вершине моста. Я использовал нейлоновый ремешок, чтобы прикрепить мост + дюбель к корпусу ровера.

1. Отрежьте 2x4 примерно до 10 дюймов в длину; он должен быть длиннее ширины марсохода, чтобы мы могли безопасно привязать его к марсоходу.
2. Отрежьте пару 8-дюймовых деталей из формовочных полос 1/4 дюйма. Это поможет стабилизировать крепление планшета и предотвратить его раскачивание вперед и назад.
3. Приклейте планки лепнины к 2х4. Полосы должны быть расположены так, чтобы они входили в пазы решетки, между выступами (примерно на расстоянии 5 дюймов друг от друга). Полосы должны быть установлены так, чтобы нижняя часть 2x4 находилась над электроникой.
4. Отрежьте пару 3-дюймовых частей от 1х1 и приклейте их к углам, где формовочные полосы встречаются с 2х4. Цель здесь - предотвратить отрывание формовочных полос от 2х4 под боковым давлением.
5. Используйте лопаточную коронку размером 1 дюйм, чтобы просверлить отверстие для дюбеля в верхней части 2x4. Отверстие не обязательно должно проходить на всем протяжении 2x4; оставьте около 1/8 дюйма древесины на дне отверстия. для поддержки дюбеля. Отверстие должно быть смещено к одному краю 2х4, чтобы оставалось место для нейлонового ремешка с другой стороны. Приклейте дюбель в отверстие, убедившись, что он вертикальный.

Примечание: подойдет дюбель меньшего размера. Я выбрал диаметр 1 дюйм, чтобы он был достаточно жестким, чтобы гасить колебания. Вы же не хотите, чтобы дедушка тошнил, когда он водит машину!

Часть 2: Держатель планшета

Мне нужен был легкий, но прочный способ прикрепить планшет к верхней части дюбеля. Сам планшет следует держать как можно ближе к дюбелю, чтобы его вес не действовал как рычаг, пытающийся опрокинуть марсоход. Вкратце подумав о том, чтобы построить коробку из легкого дерева, такого как липа, я выбрал легкий подход - разрезать картонную коробку подходящего размера. Я нашел коробку размером примерно 10 x 12 x 1 дюйм. Отрежьте один конец, чтобы планшет мог скользить внутрь, и вырежьте прямоугольное отверстие с одной стороны, чтобы был виден экран планшета. Используйте горячий клей, чтобы закрепить держатель планшета. до верха дюбеля.

Шаг 7: пристегнитесь

Нам нужно прикрепить крепление для планшета к роверу. Марсоход для этого не предназначен, да и удобных вариантов крепления нет. Я решил закрепить крепление с помощью длинного нейлонового ремня, обернутого вокруг обеих осей (не осей!) Ровера. Это предотвращает наклон крепления вперед, назад или в любую сторону. Убедитесь, что ремешок не оказывает давления на какие-либо электрические компоненты, и убедитесь, что он плотно натянут и закреплен, чтобы не ослабить.

Шаг 8: Начни бродить

После того, как крепление для планшета будет закреплено на ровере, включите Raspberry Pi и вездеход. Когда Pi подключится к сети, войдите в веб-интерфейс (например, https://192.168.1.123) и «Запросите управление». Теперь вы можете ездить! Только один человек может управлять марсоходом, поэтому не забудьте отказаться от управления марсоходом, прежде чем кто-то другой попытается это сделать.

Инструкции для бабушек и дедушек

Когда ровер подключится к сети, позвоните дедушке (или бабушке!) В FaceTime. Как только они возьмут трубку, предложите им открыть веб-браузер и перейти на ваш общедоступный IP-адрес. В зависимости от того, какой телефон / планшет / компьютер они используют, им, возможно, придется перейти в режим «разделенного экрана» или использовать второе устройство.

После загрузки веб-страницы они должны увидеть интерфейс управления марсоходом. Попросите их запросить контроль. Теперь они могут общаться с остальной семьей, как если бы они были там!

Шаг 9: Будущие улучшения

Этот дизайн не идеален. Некоторые возможные улучшения:

• Стабилизаторы для марсохода, чтобы он не опрокинулся так рано при ударе ребенка, домашнего животного и т. Д.
• Способ предотвратить наезд марсохода на предметы (водитель не может смотреть вниз!)
• Больше изящества в управлении программным обеспечением пи-ровера. Прямо сейчас они жестко запрограммированы на то, что нам подходит.
• Встроить инструмент видеоконференцсвязи на веб-страницу, чтобы бабушке не требовалось 2 устройства для использования ровера