Карманный робот-шпион: 5 шагов (с картинками)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Скучно во время изоляции? Хотите исследовать темное царство под диваном в гостиной? Тогда карманный робот-шпион для вас! Этот маленький робот высотой всего 25 мм способен проникать в места, слишком маленькие для людей, и передает все, что видит, через удобное приложение для телефона!

Требования:

Средний опыт работы в электронике

Базовые знания Python и Raspberry Pi

Много времени

Запасы

Части:

• Raspberry pi Zero W (не WH, поскольку мы не будем использовать предоставленные заголовки)
• Камера Raspberry Pi
• SD-карта для Pi (лучше 8 ГБ или больше)
• 2 батареи 18650 и держатель (поскольку зарядная цепь не встроена, зарядное устройство тоже может помочь!)
• 2x 300 об / мин 6V микро мотор-редукторы
• Контроллер мотора L293D
• LM7805 Регулятор напряжения
• Конденсатор 22 мкФ
• Конденсатор 10 мкФ
• Штыри и гнезда для заголовка SIL 2,54 мм (2 секции по 8 длин каждой)
• 2,54 мм изогнутые под углом 90 градусов штифты жатки
• 10 болтов M3 x 8 мм с потайной головкой
• 4 болта с потайной головкой M3 x 12 мм
• 14 гаек M3 nylock
• Комплект разъемов Dupont (можно обойтись без, но значительно облегчает жизнь)
• Алюминиевый или стальной стержень 5 мм x 80 мм
• Ассорти проводов
• Плата припоя

Инструменты:

• Паяльник и припой
• Набор файлов
• Отвертки разные
• Ремесленный нож какой-то
• Супер клей
• Кусачки
• Инструмент для зачистки проводов
• Набор электродрелей и бит (3 мм и 5 мм будут использоваться для очистки отверстий на отпечатке)
• 3D-принтер (хотя детали могут быть напечатаны и отправлены вам любой из многих таких служб)
• Мини ножовка
• Мультиметр
• Электроизоляционная лента

Шаг 1: Сборка шасси

Я довольно рано понял, что, хотя клейкая лента невероятна, ее, вероятно, не следует использовать для изготовления прочного шасси, поэтому следующим очевидным выбором была 3D-печать (в какой-то момент я собираюсь снять эту, как только Я сделаю, я загружу его.) Детали спроектированы так, чтобы склеиваться вместе с блокировками, показанными на фотографиях выше, поскольку я использую принтер Elegoo Mars, который производит красивые отпечатки, но, к сожалению, имеет довольно маленькую рабочую пластину. Вот здесь и появляются файлы и суперклей, края, помеченные выше, необходимо будет подпилить, пока они не войдут в пазы следующей детали. Я обнаружил, что, поскольку 3D-принтеры не идеальны, это лучший способ получить идеально подходит. Итак, как только опилка будет сделана, склейте детали вместе! (Только не пальцами, как я уже много раз узнал). При склеивании частей я рекомендую класть их на плоскую поверхность, чтобы убедиться, что они ложатся ровно. (Взвешивание может помочь в этом)

Пару отверстий необходимо просверлить 5-миллиметровым сверлом (помечено на 5-м изображении), это нужно делать очень осторожно или с использованием круглого напильника, чтобы минимизировать риск поломки детали. Чтобы упростить сборку в дальнейшем, все 3-миллиметровые отверстия в шасси следует просверлить 3-миллиметровым сверлом, чтобы болты хорошо прилегали. Кроме того, в основании шасси есть ряд шестиугольных вырезов для найлоков, чтобы они могли поместиться, стоит использовать небольшой напильник, чтобы расширить их, если гайки не входят легко. Я обнаружил, что гораздо лучше создать дизайн по точному размеру, а затем удалить материал там, где это необходимо, так как это дает наилучший результат.

Детали для печати:

• Chassis1.stl
• Chassis2.stl
• Chassis3.stl
• Chassis4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Wheel1.stl
• 2x Wheel2.stl
• top.stl

Шаг 2: Схема

Поскольку вся суть проекта заключается в компактности, схема для питания самого пи и двигателей встроена в единую плату, которая находится на вершине пи, как шляпа, и подключается путем вставки в разъемы, припаянные к GPIO. Поскольку двигатели довольно малы и не требуют большого тока, я использовал контроллер двигателя с двойным H-мостом L293D для их питания, поскольку GPIO Pi может быть поврежден, если используется для управления двигателями (обратная ЭДС и т. Д., А также перегрузка по току).). Двойной H-мост использует набор транзисторов NPN и PNP, так что если транзисторы Q1 и Q4 запитаны и, таким образом, пропускают ток, двигатель будет вращаться вперед. Если Q2 и Q3 запитаны, то ток течет через двигатель в противоположном направлении и раскручивает его в обратном направлении. Это означает, что двигатель можно вращать в обоих направлениях без использования реле или других компонентов, и позволяет нам подключать двигатель отдельно к пи, а не отводить его.

LM7805 обеспечивает пи питание через вывод GPIO 5 В, но не должен использоваться для питания L293D, поскольку пи может потребовать почти весь выход 1 А 7805, поэтому лучше не рисковать его расплавлением.

Безопасность:

Если схема построена неправильно и на Пи подается напряжение более 5 В или через другой вывод, Пи будет непоправимо поврежден. Что еще более важно, цепь должна быть тщательно проверена и протестирована на наличие короткого замыкания, особенно на входах батареи, поскольку LiPo имеет тенденцию вызывать проблемы, * кашель *, взрывы при коротком замыкании, вам, вероятно, следует избегать этого. Я обнаружил, что лучший способ проверить это - проверить схему, подключив к входу 4-х блок батарей типа АА и измерив выходное напряжение с помощью мультиметра. В общем, с безопасностью покончено, займемся пайкой!

Плата должна быть построена в соответствии с приведенной выше схемой и в конфигурации, аналогичной моей схеме, поскольку эта компоновка аккуратно вписывается в пи и еще не взорвала LiPos (скрещенные пальцы). Важно соблюдать приведенный ниже порядок, поскольку провода будут прокладываться рядом с другими проводами и контактами или над ними. Этот порядок означает, что эти провода прокладываются в последнюю очередь, чтобы избежать коротких замыканий. При пайке на штырьки коллектора важно вставить их в запасную часть коллектора, чтобы они не двигались при нагревании.

Шаги:

1. Отрежьте доску до нужного размера и гладко подпилите обрезанный край (у меня 11 рядов по 20 рядов и есть буквы и цифры для их кодирования). Я укажу положение штырей на доске с помощью этой системы координат, чтобы облегчить жизнь. Поскольку доска двусторонняя, я буду называть сторону, обращенную к пи, стороной «B», а сторону, противоположную пи, стороной «A».
2. Припаяйте L293D и LM7805 на место, верхний левый контакт L293D находится на стороне B в позиции C11. Выходные контакты LM7805 необходимо согнуть так, чтобы металлическая задняя сторона микросхемы прилегала к плате, левый контакт должен находиться в положении P8.
3. Припаяйте штифты заголовка на место, сначала нужно протолкнуть более короткую сторону штифтов через черный блок, пока они не будут плоско прилегать к верхней части указанного блока. Их следует протолкнуть со стороны A так, чтобы правый нижний угол находился в отверстии T1, и припаять со стороны B, как показано и задокументировано на изображениях выше. Когда это будет сделано, аккуратно срежьте черные блоки и вставьте 2 ряда контактов в соответствующие разъемы, которые еще не должны быть припаяны к пи, чтобы убедиться, что контакты не перемещаются при их пайке.
4. Далее впаиваем контакты мотора и аккумулятора, 4 широких для мотора и 2 широких для аккумулятора. Контакты аккумулятора должны быть размещены в пазах J4 и K4 на стороне B, а контакты двигателя между L2 и O2 на стороне B.
5. Теперь нужно припаять два конденсатора, оба со стороны B. Анод (положительный вывод) конденсатора 22 мкФ должен находиться в слоте P10 на стороне B и должен быть припаян к P8 с оставшейся частью ножки перед обрезкой любого оставшегося. Катод (отрицательная ветвь) следует пропустить через прорезь P11 и согнуть, как показано на изображении, для соединения с P7 (катодом 7805). Анод конденсатора 10 мкФ должен быть пропущен через слот P4, а ножка припаяна к контакту P9, катод должен быть пропущен через слот P3 и подключен к P7 таким же образом, как и другой конденсатор.
6. Соединительные провода должны проходить по путям, показанным на изображениях выше, поэтому, чтобы сэкономить время на чтение, я составил список контактов, которые должны быть соединены ими, по порядку и с указанными сторонами, указанная сторона - это сторона, на которой находится изолированная часть. провода находится на. Координаты будут отформатированы таким образом, что первая буква обозначает сторону, а затем координату. Например, если бы я должен был подключить вывод L293D к выходу, то же самое отверстие, которое использует этот вывод, нельзя было бы использовать, поэтому было бы соседнее отверстие, вывод, к которому подключается провод, будет помещен по обе стороны от отверстий, через которые они проходят.. Это будет выглядеть как B: от A1-A2 до G4-H4 с проводом, проходящим через отверстия A2 и G4. Примечание: на моих фотографиях сторона A не имеет надписи, предположим, что это будет слева направо.
7. Поскольку у вас уже есть паяльник, сейчас хорошее время, чтобы припаять провода двигателя и аккумулятора, я бы рекомендовал около 15 см для проводов двигателя, которые следует припаять горизонтально к задней панели двигателя, чтобы сэкономить место., фото этого выше. Разъемы необходимы на другом конце проводов двигателя, я бы рекомендовал положить в них небольшое количество припоя после обжима, чтобы обеспечить надежное соединение. Красный провод от одного держателя батареи должен быть припаян к черному проводу другого, оставляя около 4 см между двумя, для двух других проводов нужно около 10 см каждый, но вместо этого нужен разъем, прикрепляемый к концу для подключения к плате.

Электропроводка:

1. B: C4-B4 - F11-G11
2. B: C9-B9 - O1-O2
3. B: от G11-H11 до K5-K4
4. B: F9-G9 в M1-M2
5. B: с F8-G8 до I4-J4
6. B: F6-G6 в L1-L2
7. B: K4-L4 - O10-P10
8. B: с F7-H7 по N7-O7
9. На стороне A все провода припаяны к этой стороне, провода не проходят, поэтому нужны только 2 координаты.
10. A: O4 в O2
11. A: O5 - N2
12. A: от O10 до M2
13. A: O7 - P2
14. A: от R4 до Q2
15. A: Все контакты заземления O7, O8, R7 и R8 должны быть подключены.
16. A: от E7 до K4
17. A: от O1 до R10
18. A: от M1 до R11
19. A: от E4 до T1
20. A: от G2 до R6

Я бы рекомендовал проверить это по приведенной выше принципиальной схеме, чтобы убедиться, что проводка правильная, перед тестированием. Тестирование схемы должно проводиться с помощью мультиметра, установленного для проверки возможности подключения, контакты, которые следует проверить, следующие, но если вы уже разбираетесь в электронике, проверьте как можно больше. Для проверки: входные контакты аккумулятора, контакты двигателя, все контакты разъема для пи, а также вход и выход 7805 относительно земли.

Шаг 3: настройка Pi

В этом руководстве я предполагаю, что ваш пи уже настроен с изображением и подключен к Интернету, если вы настраиваете пи в первый раз, я предлагаю вам использовать следующее руководство с их веб-сайта для установки образа:

www.raspberrypi.org/downloads/

Я обнаружил, что жизнь становится намного проще, если можно работать с пи, находясь внутри робота, но, поскольку порт HDMI заблокирован стойкой, удаленный рабочий стол - следующая лучшая вещь. Это довольно легко настроить с помощью пакета под названием xrdp и протокола RDP от Microsoft (встроенного в Windows, поэтому с этой стороны нет проблем).

Чтобы настроить xrdp, сначала убедитесь, что ваш Pi обновлен, выполнив команды sudo apt-get update и sudo apt-get upgrade. Затем запустите команду hostname -I, которая должна вернуть локальный IP-адрес пи, и все готово! Нажмите клавишу Windows на своем компьютере и откройте программу под названием «Подключение к удаленному рабочему столу», затем введите IP-адрес своего пи в поле «Компьютер», затем имя пользователя «пи», если вы не изменили его, нажмите «Ввод» и установите соединение. будет установлен с пи.

Первый пакет, который вам понадобится, - это камера, так как это не моя область знаний. Я добавил ссылку на официальное руководство по этому вопросу, которое отлично сработало для меня.

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

После того, как вы следовали этому руководству и установили указанное выше программное обеспечение, вы готовы перейти к следующему шагу!

Шаг 4: Код

Перво-наперво с кодом, программирование - далеко не моя любимая часть робототехники, поэтому, хотя программа полностью функциональна, структура, несомненно, не идеальна, поэтому, если вы заметите какие-либо проблемы с ней, я буду очень признателен за обратную связь!

Загрузите прикрепленный файл python на свой пи и поместите его в папку «Документы», затем откройте терминал, чтобы начать настройку автозапуска. Чтобы убедиться, что вам не нужно подключать удаленный рабочий стол к пи каждый раз, когда вы хотите использовать робота, мы можем настроить пи так, чтобы он запускал программу при запуске. Начните настройку, набрав «sudo nano /etc/rc.local» в терминал, который должен вызвать текстовый редактор терминала под названием Nano, прокрутите файл до конца и найдите строку с надписью «exit 0», создайте новую строку над этим и введите «sudo python / home / pi / Documents Spy_bot.py &». Это добавляет команду для запуска файла python в процессе загрузки, поскольку наша программа будет работать непрерывно, мы добавляем «&» для разветвления процесса, позволяя Pi завершить загрузку, а не зацикливать эту программу. Чтобы выйти из nano, нажмите ctrl + x, затем y. После выхода обратно в терминал введите «sudo reboot», чтобы перезапустить пи и применить изменения.

Если моторы вращаются в неправильном направлении, откройте файл Spy_bot.py с помощью текстового редактора и прокрутите до раздела кода мотора, который будет помечен инструкциями относительно точных чисел, чтобы поменять местами. Если левый и правый моторы поменяны местами, это можно исправить в коде или поменять местами провода, если вы предпочитаете не разбирать все это снова, поменяйте местами любые 12 в моторной функции на 13 и любые 7 на 15..

Код снабжен аннотацией с подробным описанием того, что делает каждый раздел, чтобы его можно было легко изменить и понять.

Шаг 5: Собираем все вместе

Монтаж моторов:

После того, как вы склеили шасси и настроили пи, вы готовы собрать робота! Лучше всего начать с двигателей, их держатели спроектированы так, чтобы плотно прилегать, поэтому вполне вероятно, что потребуется небольшое количество опилок на небольших выступах на внутренней стороне, которые отмечены на фотографии выше. Отверстия на их концах также могут нуждаться в небольшом расширении, чтобы выпуклая золотая секция на конце двигателей вошла внутрь. После того, как двигатели смогут плотно войти в корпуса, вы можете снять двигатель и закрепить корпуса на заднем конце робота, используя болты M3 x 8 мм и найлоки, а затем вставить двигатели обратно на свои места.

Присоединение электроники:

Затем держатели батарей и Raspberry Pi могут быть прикручены на месте с помощью болтов M3 x 8 мм и найлоков в соответствии с фотографиями, монтажные отверстия в pi-ноле могут нуждаться в небольшом расширении, так как болты будут затянутыми, самый безопасный и лучший способ сделать. это с небольшим круглым напильником и с большой осторожностью. Стоит положить аккумулятор и провода двигателя под пианино, так как это делает всю установку намного аккуратнее, без повсюду провисающих проводов.

Теперь пришло время добавить камеру, которую можно закрепить на 4 штифтах на передней части корпуса с кабелем, уже находящимся сзади, другой конец ленточного кабеля нужно аккуратно сложить, чтобы вставить его в порт камеры на пианино. контактами кабеля вниз старайтесь не перегибать ленточный кабель, так как он может быть очень хрупким.

Монтаж верхней пластины:

Шесть стоек должны быть длиной 19 мм, в противном случае с этим должен работать приличный металлический напильник. Когда это будет сделано, их следует прикрутить болтами к верхней стороне шасси так, чтобы свежий конец был прижат к пластику, если применимо. Теперь можно прикрутить к ним верхнюю пластину, аккуратно свернув под ней ленточный кабель.

Добавление колес:

На последний шаг - колеса! Два колеса с меньшими центральными отверстиями должны быть просверлены до 3 мм, чтобы соответствовать валам двигателя, хотя, если ваш 3D-принтер откалиброван до высокого уровня, в этом нет необходимости. Квадратные отверстия во всех колесах нужно будет немного расширить, чтобы внутри них можно было разместить найлок, когда это будет сделано, размер M3 x 12 мм и найлок необходимо установить внутри каждого колеса и затянуть так, чтобы головка болта была на одном уровне с край колеса. Оставшиеся два колеса необходимо расширить так же, как и другие, но вместо этого до 5 мм, чтобы соответствовать оси. После того, как все колеса будут подготовлены, я бы рекомендовал использовать какую-либо изоленту или резиновую ленту, чтобы добавить им поверхность сцепления, если используется лента, около 90 мм достаточно, чтобы один раз обойти колесо. Теперь задние колеса готовы к установке. Самый простой способ сделать это - повернуть вал двигателя так, чтобы плоская поверхность была обращена вверх, и прикрутить колесо болтом вниз, оставив 1-2 мм между колесом и колесом. корпус двигателя, чтобы избежать зацепления. Передний мост теперь можно разместить через передние блоки и прикрепить колеса.

Этот шаг должен завершить проект, я надеюсь, что он был информативным, легким для понимания и, самое главное, забавным! Если у вас есть какие-либо предложения, вопросы или улучшения, которые я могу внести, дайте мне знать, я буду более чем счастлив ответить на любые вопросы и при необходимости обновить эту инструкцию.