Mạch Snap Robot dịch chuyển tức thời: 9 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Các ngày lễ vào năm 2020 có một chút khác biệt. Gia đình tôi sống ở khắp nơi trên đất nước, và do đại dịch nên chúng tôi không thể quây quần bên nhau trong những ngày nghỉ. Tôi muốn có một cách để làm cho ông bà cảm thấy được tham gia vào lễ Tạ ơn của chúng tôi. Một robot có khả năng dịch chuyển tức thời như Double 3 sẽ rất hoàn hảo, ngoại trừ việc nó có giá 4.000 đô la. Tôi tự hỏi liệu mình có thể chế tạo thứ gì đó tương tự với số tiền ít hơn không.

Snap Circuits® RC Snap Rover® là một thiết bị di động được điều khiển từ xa với các thiết bị điện tử được thiết kế để thay đổi và thử nghiệm. Nó có kích thước phù hợp để làm cơ sở của một robot có khả năng dịch chuyển tức thời và tôi nghĩ rằng tôi có thể kết nối nó để được điều khiển từ web.

Nếu tôi có thể gắn một chiếc máy tính bảng vào máy dò tìm, tôi sẽ có một robot có khả năng dịch chuyển tức thời cho phép ông bà tham gia vào lễ kỷ niệm của chúng tôi! Họ sẽ có thể tự mình di chuyển trong nhà và tương tác với những người khác nhau, thay vì bị mắc kẹt ở một chỗ. Sự mới lạ cũng có thể khiến họ - và các con tôi - hứng thú hơn một cuộc gọi điện video thông thường.

Tôi đã nhận được robot hoạt động vào đêm trước Lễ Tạ ơn và nó đã đạt được thành công lớn!

Với các thiết bị điện tử có sẵn và một chút đồ mộc nhẹ, bạn cũng có thể chế tạo một robot có khả năng dịch chuyển tức thời. Không cần hàn!

Quân nhu:

Phần cứng

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Lưu ý: Snap Rover 'Deluxe' không sử dụng các bộ phận giống nhau và sẽ không hoạt động với hướng dẫn này. Nếu bạn có Snap Rover Deluxe, bạn sẽ cần mua một IC điều khiển động cơ riêng

• Đầu nối Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W hoặc thiết bị khác có GPIO có thể lập trình có khả năng chạy NodeJS
• Vỏ cho Raspberry Pi (tùy chọn)
• Tiêu đề Búa GPIO (nữ)
• Thẻ MicroSD (4GB hoặc lớn hơn)
• Pin USB và cáp Micro-USB để cấp nguồn cho Pi
• iPad hoặc một máy tính bảng / điện thoại khác

• Khác. gỗ:

  • 1 chốt gỗ "x 48", cắt theo chiều cao mong muốn
  • 2 x 4, xấp xỉ Dài 10"
  • 2 miếng đúc 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 mảnh 1x1 hoặc mảnh vụn tương tự, khoảng. Dài 3"
• Hộp các tông nhỏ dùng làm giá đỡ iPad
• Dây đeo bằng vải nylon, xấp xỉ. 6 '

Phần mềm

• Trên rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (được thử nghiệm với bản dựng armv6 14.15.1 không chính thức trên Pi Zero W)
  • phần mềm điều khiển từ xa pi-rover

• Trên máy tính bảng:

  Facetime, Zoom hoặc phần mềm hội nghị truyền hình khác

• Trên PC của bạn:

  Ứng dụng khách ssh (tích hợp sẵn cho Mac + Linux; sử dụng một thứ gì đó như PuTTY cho Windows)

Công cụ

• Khoan với 1 "mũi khoan
• Súng bắn keo nóng
• cây búa
• Nhìn thấy
• Thước cuộn / thước kẻ

Đối với người dùng (ông bà, v.v.)

Ông nội, hoặc bất cứ ai đang vận hành rover, sẽ cần những điều sau đây:

Máy tính có phần mềm hội nghị truyền hình (FaceTime, Zoom, v.v.) và trình duyệt web

HOẶC

Máy tính bảng / điện thoại có khả năng chia đôi màn hình và phần mềm hội nghị truyền hình

HOẶC

• 2 thiết bị:

  • Điện thoại, máy tính bảng hoặc thiết bị khác có phần mềm hội nghị truyền hình và
  • Thiết bị thứ hai có trình duyệt web có thể được sử dụng để điều khiển trình duyệt trong khi thiết bị đầu tiên đang được sử dụng cho video

Bước 1: Lựa chọn phần cứng

Để điều khiển rover từ internet, tôi cần một máy tính nhỏ vừa có thể điều khiển rover vừa hoạt động như một máy chủ web để ông bà có thể truy cập vào rover. Raspberry Pi Zero W là một sự phù hợp hoàn hảo. Nó nhỏ, có Wi-Fi và có nhiều sức mạnh CPU để chạy một máy chủ web nhỏ. Thêm vào đó, nó chỉ 10 đô la, rẻ hơn hầu như tất cả các tùy chọn khác của những người có sở thích. Tôi đã nhận được các phụ kiện Pi + của mình từ những người xuất sắc tại Adafruit.

Bước 2: Chuẩn bị Pi: Headers

Dòng đồ chơi giáo dục Snap Circuits giống như những viên gạch LEGO® cho thiết bị điện tử. Chúng cho phép bạn nối các mạch điện mà không cần bất kỳ mối hàn nào và chúng tương đối chống trẻ em. Các bảng điện tử theo sở thích (như Raspberry Pi) cung cấp một số cách để kết nối mọi thứ, nhưng không có cách nào trong số đó tương thích với Mạch Snap.

Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi sẽ cài đặt một tiêu đề trong Pi, sau đó sử dụng dây nhảy "Snap to Pin" đặc biệt để kết nối Pi với rover mà không cần bất kỳ mối hàn nào.

Lắp các đầu búa cái vào Pi bằng cách sử dụng hướng dẫn lắp đặt (có nhãn "dành cho pHAT"). Điều quan trọng là sử dụng các tiêu đề nữ; chúng cho phép chúng tôi cắm dây nhảy vào.

Bước 3: Chuẩn bị Pi: Software

Raspberry Pi tải phần mềm của nó từ thẻ MicroSD. Chúng tôi sẽ cài đặt một hệ điều hành, sau đó khởi động Pi và cài đặt một vài công cụ khác cùng với phần mềm điều khiển cho rover.

1. Sử dụng phần mềm Raspberry Pi Imager trên PC của bạn để tải xuống và cài đặt Raspberry Pi OS Lite (32-bit) vào thẻ SD.
2. Sử dụng hướng dẫn này để thiết lập Pi ở chế độ 'không đầu' mà không cần sử dụng bàn phím hoặc màn hình. Điều này sẽ giúp Pi bật Wi-Fi khi nó khởi động lần đầu tiên.
3. Bật giao thức Secure Shell (ssh) trên Pi bằng cách sử dụng các bước 3 + 4 từ hướng dẫn này về SSH. Bạn có thể bỏ qua phần về thiết lập "Chuyển tiếp X". Điều này sẽ cho phép bạn đăng nhập vào Pi khi nó trực tuyến.
4. Di chuyển thẻ SD sang Pi và khởi động pi. Tôi đã sử dụng pin USB để cung cấp nguồn, nhưng đối với bước này, bạn cũng có thể sử dụng bộ chuyển đổi nguồn hoặc cáp Micro-USB để cấp nguồn từ PC của mình.
5. Tìm địa chỉ IP của Pi. Bạn sẽ cần kết nối với Pi và sau đó để điều khiển bộ định tuyến.

6. Đăng nhập vào Pi từ PC của bạn. Phần "Thiết lập ứng dụng khách của bạn" trong hướng dẫn SSH có hướng dẫn chi tiết. Bây giờ bạn sẽ đăng nhập vào Pi:

   ssh pi @

7. Phần mềm điều khiển từ xa sử dụng một công cụ gọi là NodeJS. Để cài đặt NodeJS trên Pi, hãy chạy các lệnh sau qua 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. Bây giờ bạn đã cài đặt NodeJS trên Pi. Để kiểm tra nó, hãy chạy

   nút -v Sau một vài giây, nó sẽ xuất ra phiên bản NodeJS, v14.15.1

9. Tiếp theo, chúng ta sẽ cài đặt phần mềm điều khiển rover, được gọi là pi-rover. Quá trình này sẽ mất vài phút:

   sudo apt-get install git

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

10. Chạy phần mềm máy chủ trên Pi:

    node index.js

    Nếu mọi việc suôn sẻ, bạn sẽ có thể truy cập Pi thông qua trình duyệt web trên PC của mình bằng cách điều hướng đến cổng 8080 trên địa chỉ IP của Pi. Ví dụ: nếu địa chỉ IP của Pi của bạn là 192.168.1.123, hãy truy cập

11. Thoát phần mềm máy chủ bằng Ctrl-C.

12. Để chạy máy chủ bất cứ khi nào Pi khởi động, hãy cài đặt tệp dịch vụ hệ thống:

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

    sudo systemctl cho phép pi-rover.service

13. Sau khi phần mềm được kiểm tra và hoạt động, hãy tắt nó để chúng tôi có thể cài đặt Pi trong rover:

    sudo tắt máy -h bây giờ

Lưu ý: Nếu bạn định cấp quyền truy cập cho những người khác bên ngoài mạng gia đình của bạn (chẳng hạn như ông nội, người đang ở nhà riêng của ông ấy vào Lễ Tạ ơn này), bạn sẽ cần định cấu hình bộ định tuyến của mình để gửi lưu lượng truy cập từ địa chỉ IP công cộng của bạn đến Số Pi. Sử dụng hướng dẫn chuyển tiếp cổng để được hỗ trợ thực hiện việc này.

Bước 4: Nối dây Rover

Snap Rover đi kèm với hướng dẫn cách đấu dây điều khiển từ xa đi kèm với bộ điều khiển. Chúng tôi sẽ điều chỉnh những điều này để thay thế bộ phận thu sóng vô tuyến bằng Pi.

Hướng dẫn sử dụng rover bao gồm một số mạch. Bắt đầu với # 1 ("Night Rover") và tách mọi thứ ở bên trái cột 6. Điều này để lại vị trí của IC điều khiển động cơ, điện trở (4) 1kΩ trên các đầu vào của IC điều khiển động cơ, công tắc trượt, và các dây dẫn đến rover.

Bước 5: Nối dây Pi vào Rover

Nếu bạn có một trường hợp cho Pi nhưng chưa cài đặt nó, hãy làm như vậy ngay bây giờ.

Đầu nối 40pin trên Pi thể hiện rất nhiều chức năng. Chúng tôi sẽ sử dụng một số chân I / O mục đích chung (GPIO) để kết nối Pi với rover. Điều quan trọng là phải kết nối điều này chính xác như được hiển thị ở đây; đấu dây không chính xác có nguy cơ làm hỏng Pi hoặc rover.

1. Các chốt trên Pi được đánh số 1-40. Bạn nên xem lại sơ đồ chân để hiểu chúng được bố trí như thế nào.

2. Sử dụng các đầu nối Snap-to-Pin để kết nối 4 GPIO sau đây với các điện trở trên đầu vào của IC điều khiển động cơ:

   1. Chân 11 (GPIO 17) vào điện trở trên LF
   2. Chân 12 (GPIO 18) vào điện trở trên LB
   3. Chân 13 (GPIO 27) vào điện trở trên RF
   4. Chân 15 (GPIO 22) vào điện trở trên RB
   5. Sử dụng thêm một đầu nối Snap-to-Pin để kết nối một chân nối đất (Pin 14) từ Pi với mặt đất (-) trên rover. Mặc dù chúng ta có 2 nguồn điện riêng biệt (rover sử dụng 9V và Pi sử dụng 5V từ pin USB), hai bên được kết nối điện và chúng ta cần một điểm chung để mạch hoạt động.

Bước 6: Xây dựng giá đỡ máy tính bảng

Việc gắn máy tính bảng yêu cầu cân bằng một số nhu cầu cạnh tranh:

• Máy tính bảng phải đủ cao trong không khí để nó có thể tương tác với trẻ em và người lớn đang đứng.
• Người lái cần phải đủ ổn định để tránh bị lật khi lái xe.
• Máy tính bảng nên được gắn càng gần tâm của bộ điều khiển càng tốt để mang lại sự ổn định và trải nghiệm mượt mà khi lái xe.
• Phần trên cùng của rover không được thiết kế để gắn bất kỳ thứ gì khác ngoài Snap Circuits vào nó và không có cách nào tuyệt vời để đặt tải lên nó mà không có nguy cơ làm hỏng các thành phần.

Phần 1: Xây dựng cầu

Mặt trên của rover là một tấm lưới bằng nhựa với các rãnh được thiết kế để cố định các thành phần điện tử. Đặt tải trực tiếp lên lưới sẽ không ổn định và có thể làm hỏng lưới. Tôi đã chọn xây dựng một loại cầu trên nền với các giá đỡ nằm giữa các va chạm trên lưới và một chốt gắn trên đỉnh cầu. Tôi đã sử dụng một dây đeo nylon để cố định cụm cầu + chốt vào thân máy quay.

1. Cắt một đoạn dây dài từ 2x4 đến khoảng 10 "; nó phải dài hơn chiều rộng của rover để cho phép chúng tôi đeo dây an toàn vào rover.
2. Cắt một cặp miếng 8 "từ các dải khuôn 1/4". Những điều này sẽ giúp ổn định giá đỡ máy tính bảng và ngăn nó lắc về phía trước và phía sau.
3. Dán các dải khuôn thành 2x4. Các dải phải được đặt cách nhau để chúng nằm gọn trong các rãnh của lưới, giữa các rãnh (cách nhau khoảng 5 "). Các dải phải được gắn sao cho đáy của 2x4 nằm phía trên thiết bị điện tử.
4. Cắt một cặp miếng 3 "từ miếng 1x1 và dán chúng vào các góc nơi các dải đúc tiếp xúc với 2x4. Mục đích ở đây là ngăn các dải đúc tách khỏi 2x4 dưới áp lực bên.
5. Sử dụng mũi thuổng 1 "để khoan một lỗ cho chốt ở trên cùng của lỗ 2x4. Lỗ không cần phải đi hết chiều ngang qua 2x4; để nguyên khoảng 1/8" gỗ ở dưới cùng của lỗ. để hỗ trợ chốt. Lỗ phải được bù lại về phía một cạnh của 2x4, để chừa chỗ cho dây đeo nylon ở phía bên kia. Dán chốt vào lỗ, đảm bảo rằng nó thẳng đứng.

Lưu ý: Một chốt nhỏ hơn có thể hoạt động. Tôi đã chọn đường kính 1 để đảm bảo nó đủ cứng để giảm dao động. Bạn không muốn làm cho ông nội say xe khi ông ấy đang lái xe!

Phần 2: Giá đỡ máy tính bảng

Tôi cần một cách nhẹ nhưng chắc chắn để gắn máy tính bảng vào đầu chốt. Bản thân máy tính bảng phải được giữ càng gần chốt càng tốt để trọng lượng của nó không hoạt động như một đòn bẩy cố gắng lật người di chuyển qua. Sau một thời gian ngắn cân nhắc việc đóng hộp từ một loại gỗ nhẹ như gỗ trầm, tôi đã chọn cách tiếp cận tốn ít công sức là cắt một hộp các tông có kích thước phù hợp. Tôi đã tìm thấy một chiếc hộp có kích thước khoảng 10 "x 12" x 1 ". Hãy cắt một đầu để máy tính bảng có thể trượt vào và cắt một lỗ hình chữ nhật ở một bên để màn hình máy tính bảng có thể nhìn thấy được. Dùng keo nóng để cố định giá đỡ máy tính bảng lên đầu chốt.

Bước 7: Bắt đầu

Chúng ta cần gắn giá đỡ máy tính bảng vào rover. Rover không được thiết kế cho việc này và không có bất kỳ tùy chọn lắp thuận tiện nào. Tôi đã chọn cố định giá treo bằng một dây đeo nylon dài quấn quanh cả hai trục (không phải trục!) Của rover. Điều này ngăn không cho ngàm nghiêng về phía trước, phía sau hoặc sang hai bên. Đảm bảo rằng dây đeo không gây áp lực lên bất kỳ thành phần điện nào và đảm bảo rằng dây đeo được kéo vừa khít và chắc chắn để dây đeo không thể lỏng ra.

Bước 8: Bắt đầu di chuyển

Khi giá gắn máy tính bảng đã được gắn chặt vào rover, hãy bật nguồn Raspberry Pi và rover. Khi Pi trực tuyến, hãy đăng nhập vào giao diện web (ví dụ: https://192.168.1.123) và 'Yêu cầu kiểm soát.' Bây giờ bạn sẽ có thể lái xe xung quanh! Tại một thời điểm chỉ có một người có thể điều khiển rover, vì vậy hãy đảm bảo từ bỏ quyền điều khiển rover trước khi nhờ người khác thử.

Hướng dẫn cho ông bà

Sau khi máy dò tìm kiếm trực tuyến, hãy gọi cho ông (hoặc bà!) Trên FaceTime. Khi họ nhận, hãy yêu cầu họ mở trình duyệt web và truy cập địa chỉ IP công khai của bạn. Tùy thuộc vào loại điện thoại / máy tính bảng / máy tính họ đang sử dụng, họ có thể phải chuyển sang chế độ "chia đôi màn hình" hoặc sử dụng thiết bị thứ hai.

Sau khi tải xong trang web, họ sẽ thấy giao diện điều khiển của rover. Yêu cầu họ kiểm soát. Bây giờ họ có thể tương tác với phần còn lại của gia đình như thể họ đang ở đó!

Bước 9: Cải tiến trong tương lai

Thiết kế này không hoàn hảo. Một số cải tiến có thể có:

• Bộ ổn định cho rover để nó không bị lật sớm khi bị va chạm bởi trẻ em, vật nuôi, v.v.
• Một cách để ngăn người lái va vào mọi thứ (người lái xe không được nhìn xuống!)
• Sự khéo léo hơn trong các điều khiển của phần mềm pi-rover. Hiện tại, chúng đã được mã hóa cứng thành một thứ gì đó hoạt động đủ tốt cho chúng tôi.
• Nhúng công cụ hội nghị truyền hình vào trang web để bà không cần 2 thiết bị để sử dụng rover