SOLARBOI - 4G-вездеход на солнечных батареях, чтобы исследовать мир !: 3 шага (с изображениями)

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

С юных лет я всегда любил исследовать. На протяжении многих лет я видел множество сборок автомобилей с дистанционным управлением, управляемых через Wi-Fi, и они выглядели достаточно забавно. Но я мечтал пойти намного дальше - в реальный мир, далеко за пределы моего дома, моей улицы или даже моего пригорода. Я стремился создать робота, который мог бы выйти далеко за пределы. Для этого я собрал робота, оснащенного камерой, подключением к сети 4G и системой солнечной энергии, способной выполнять миссии в течение нескольких дней, недель или даже месяцев. Сейчас я регулярно транслирую прямые трансляции миссий на Twitch.tv, и СОЛАРБОЙ вносит свой вклад в попытки проникнуть в сельскую местность Австралии дальше, чем когда-либо делал любой робот! Цель СОЛАРБОЙ - остаться в провинциальном австралийском городке и проложить свой путь в сельскую местность и дальше. Он не может получить никакой внешней помощи для выполнения своей миссии, иначе он считается провалившимся. Он должен продвигаться, километр за километром, в течение дней и недель, полагаясь только на солнце для зарядки и сеть 4G для связи с базой. Хотя основы проекта кажутся простыми, реализовать его невероятно сложно! Это руководство призвано объяснить основы того, как работает SOLARBOI, и представить идеи о том, как лучше всего создать платформу робота, которая сможет выживать на открытом воздухе в течение нескольких недель. Это не точное пошаговое руководство по созданию собственного; вместо этого это отправная точка, которую вы можете использовать для изучения своих собственных сборок и дизайнов.

Шаг 1: Шаг 1: оборудование

Прежде всего, вам понадобится шасси для вашего робота. В то время как многие экспериментируют с дизайном вездехода, напечатанного на 3D-принтере, я решил использовать заветную игрушку из моего детства. Radio Shack RAMINATOR выглядела круто, с большими шинами, полным приводом и исправной подвеской из коробки. Хотя он оптимизирован для скорости, а не крутящего момента, я решил, что это будет хорошо в качестве основы для моего проекта марсохода. Вытащив игрушечное радиоуправляемое оборудование, я заменил двигатель на щеточный ESC Hobbyking, в то время как я удалил оригинальную настройку рулевого управления и заменил ее надежным сервоприводом. Были установлены литий-полимерные батареи, чтобы дать SOLARBOI возможность вести машину часами.

Когда механическое оборудование убрано, следующим важным фактором становится управление и контроль. Для этого я остановился на Raspberry Pi Zero. Разработанный для потребления небольшого количества энергии, он совместим с периферийными устройствами USB и идеально подходит для проекта, подключенного к Интернету. В качестве бонуса он хорошо работает с периферийным устройством камеры Raspberry Pi, что дает нам представление об окружении робота, когда мы находимся в поле. Я выбрал объектив камеры типа «рыбий глаз» для SOLARBOI, который дает нам хороший широкий обзор, помогающий ориентироваться в мире в целом. Для подключения к домашней базе мы полагаемся на ключ 4G, который дает нам высокую пропускную способность, необходимую для отправки команд роботу и получения видео обратно.

Солнечная энергия - ключ к миссии SOLARBOI, отсюда и название. Солнечная панель мощностью 20 Вт позволяет максимально использовать солнечные лучи даже в пасмурные, а не солнечные дни. Он используется для зарядки батарей в течение дня, чтобы SOLARBOI мог затем ездить ночью, вдали от посторонних глаз и злонамеренных злоумышленников. Очевидно, даже с маломощным Pi Zero, который запускает шоу, мы не можем оставить его включенным полностью. в другое время мы бы слишком быстро разрядили батареи. Таким образом, Pi должен быть выключен большую часть времени, но должен включаться через регулярные промежутки времени, чтобы сообщать о местоположении SOLARBOI и позволять нам войти в систему и управлять роботом, когда мы захотим. Для этого Arduino Pro Micro запускает специальную программу, которая включает SOLARBOI на первые 5 минут каждого часа. Если мы войдем в систему с роботом из управления полетами, он останется включенным, что позволит нам выполнить миссию. Если он не обнаруживает соединение, он снова выключает Raspberry Pi, чтобы сэкономить энергию и максимально использовать доступную солнечную энергию. GPS также используется для обеспечения того, чтобы Центр управления полетом всегда знал о местоположении SOLARBOI. При езде по сельской местности глубокой ночью может быть очень сложно ориентироваться только по визуальным подсказкам. Таким образом, GPS позволяет нам фиксировать местоположение робота и достигать наших целей в глубине региона Австралии.

Шаг 2: Шаг 2: программное обеспечение

Очевидно, что с вездеходом все хорошо, но для его работы требуется программное обеспечение. Программное обеспечение SOLARBOI находится в постоянном развитии, что позволяет повысить производительность и со временем упростить использование.

Ровер использует Raspbian, ОС Raspberry Pi Zero по умолчанию. Mission Control работает под управлением Windows. Это вызывает некоторые проблемы с различными утилитами Linux, которые необходимо специально устанавливать в Mission Control. В конечном итоге, однако, эта установка позволила нам проехать много успешных километров с SOLARBOI и хорошо справляется со своей задачей. Видео передается от робота обратно в Центр управления полетами через Gstreamer. Его сложно использовать, и он плохо документирован для новичка. Тем не менее, это позволяет нам получать аудио- и видеопоток с низкой задержкой от робота, которого достаточно для того, чтобы мы могли управлять автомобилем без особых проблем. Пропуски случаются, и есть некоторое отставание, но когда вы создаете первых в мире роботов для исследования сельской местности, вы делаете все возможное из того, что у вас есть! Потоковая передача осуществляется в собственном H264 с камеры Raspberry Pi, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на Pi Zero из-за перекодирования на лету. Управление роботом осуществляется с помощью специального кода Python с архитектурой сервер / клиент. Используя такие библиотеки, как PiGPIO и Servoblaster, мы легко можем управлять системой привода робота и другими функциями в режиме реального времени. Установка выполняется легко благодаря хорошо развитой экосистеме Raspberry Pi.

Мы используем различные библиотеки Python для отображения телеметрии на экране. Наиболее важным является MatPlotLib, который строит наши графики заряда батареи в Mission Control, что позволяет нам отслеживать производительность SOLARBOI во время миссии в реальном времени.

Шаг 3: Шаг 3: то, чему вы научитесь только в полевых условиях

Как говорится, ни один план не переживает первого контакта с противником. Таким образом, компания SOLARBOI претерпела множество испытаний, пытаясь перейти к старомодной телефонной будке в глубине сельской местности Нового Южного Уэльса. Это уроки, которые часто можно извлечь только в полевых условиях, и мы усвоили их на собственном горьком опыте. Скрытность является первоочередной задачей. Если робот выделяется на фоне своего окружения, его могут легко найти прохожие, пока он заряжается в течение дня. Из-за небольшого размера и веса платформы SOLARBOI можно было легко украсть или уничтожить, что привело бы к провалу своей миссии. Это риск, на который мы идем каждый раз, когда развертываемся в дикой природе. Чтобы смягчить это, SOLARBOI окрашен в темно-зеленый цвет в попытке слиться с ним. Найти безопасное место для зарядки с большим количеством солнечного света, но с минимальной видимостью - постоянная проблема. Несмотря на солидные внедорожные характеристики SOLARBOI, он не в состоянии преодолеть все препятствия на своем пути. В прошлом у нас были проблемы, когда мы застревали на камнях или врезались в небольшие деревья. В большинстве случаев это связано с камерой с плохим полем зрения, низким уровнем освещенности в ночное время и сильной усталостью оператора. Наши обновления до улучшенных фар и линз типа «рыбий глаз» направлены на решение этой проблемы в будущем. Медленный и устойчивый прогресс, а не прямая скорость, также является хорошей мантрой, чтобы не врезаться в объекты, когда вы едете с задержкой видео 500 мс. Простое развертывание в стране создает свои собственные проблемы. Это означает, что оборудование SOLARBOI должно быть в отличной форме, чтобы многочасовая поездка к месту развертывания не была напрасной. Это стоило нам много бензина и времени в прошлых миссиях, и мы намерены избежать этого при тщательном тестировании в будущем. Тем не менее, это то, что нужно учитывать при развертывании робота вдали: наконец, хорошие помещения в Центре управления полетами просто необходимы. Caffiene должен быть под рукой, чтобы экипаж был внимательным и внимательным, а также вода для поддержания надлежащей гидратации. Четкая и актуальная телеметрия также полезна для быстрой диагностики проблем, а видеопоток с малой задержкой без прерываний - лучший вариант для плавного вождения в австралийской пустыне. Это также позволяет водителю максимально использовать скорость SOLARBOI, где это необходимо., чтобы уклоняться от проезжающих мимо машин, дикой природы или кота Шеклтона, с которым мы познакомились в миссии 1. В целом, SOLARBOI еще предстоит продвинуться в будущих миссиях, и в идеале он проведет много месяцев в полевых исследованиях по всему миру. Чтобы следить за путешествием SOLARBOI, подписывайтесь на Twitch.tv и Youtube и наслаждайтесь миссиями ниже! Как всегда, впереди еще много приключений, так как SOLARBOI будет развиваться и путешествовать все дальше и дальше от дома!