SOLARBOI - một chiếc Rover năng lượng mặt trời 4G khám phá thế giới!: 3 bước (kèm hình ảnh)

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

Từ khi còn nhỏ, tôi đã luôn thích khám phá. Trong những năm qua, tôi đã thấy nhiều bản dựng ô tô điều khiển từ xa được điều khiển qua Wi-Fi và chúng trông đủ vui nhộn. Nhưng tôi mơ ước được đi xa hơn nữa - bước ra thế giới thực, vượt xa giới hạn trong ngôi nhà của tôi, đường phố của tôi, hoặc thậm chí là vùng ngoại ô của tôi. Tôi khao khát chế tạo một robot có thể vượt xa hơn nữa. Để làm được điều này, tôi đã trang bị một robot có camera, kết nối dữ liệu 4G và hệ thống năng lượng mặt trời có khả năng thực hiện các nhiệm vụ kéo dài hàng ngày, hàng tuần hoặc thậm chí hàng tháng. Giờ đây, tôi thường xuyên phát trực tiếp các nhiệm vụ trên Twitch.tv và SOLARBOI thực hiện vai trò của mình trong việc cố gắng tiến sâu hơn vào vùng nông thôn Úc hơn bất kỳ robot nào trước đây! Mục tiêu của SOLARBOI là được ở lại một thị trấn nông thôn của Úc, và điều hướng nó ra khỏi vùng nông thôn, và đến những điểm đến xa hơn. Nó không thể nhận được sự hỗ trợ từ bên ngoài trong nhiệm vụ của mình, nếu không nó được coi là đã thất bại. Nó phải đi từng km, từng km, trong nhiều ngày và nhiều tuần, chỉ dựa vào mặt trời để sạc và mạng 4G để liên lạc trở lại cơ sở. Mặc dù những điều cơ bản của dự án nghe có vẻ dễ dàng, nhưng việc thực hiện nó lại cực kỳ khó! Hướng dẫn này giải thích những điều cơ bản về cách hoạt động của SOLARBOI và trình bày ý tưởng về cách tốt nhất để tạo ra một nền tảng robot có thể tồn tại ngoài trời trong nhiều tuần liên tục. Nó không phải là một hướng dẫn từng bước chính xác về cách tạo của riêng bạn; thay vào đó, đó là một điểm khởi đầu mà bạn có thể sử dụng để khám phá các bản dựng và thiết kế của riêng mình.

Bước 1: Bước 1: Phần cứng

Trước hết, bạn sẽ cần một khung cho robot của mình. Trong khi thử nghiệm nhiều thiết kế rover in 3D, tôi đã chọn sử dụng một món đồ chơi yêu thích từ thời thơ ấu của mình. Radio Shack RAMINATOR trông rất ngầu, với lốp lớn, hệ dẫn động bốn bánh và hệ thống treo hoạt động hiệu quả. Mặc dù nó được tối ưu hóa cho tốc độ trên mô-men xoắn, tôi quyết định rằng điều này sẽ hoạt động tốt như là cơ sở cho dự án rover của tôi. Sau khi tách phần cứng RC cấp đồ chơi, tôi thay thế bằng một bộ ESC chải Hobbyking cho động cơ, trong khi tôi loại bỏ thiết lập lái ban đầu và thay thế nó bằng một servo cứng. Pin lithium polymer đã được lắp đặt để cung cấp cho SOLARBOI sức mạnh để lái xe trong nhiều giờ liên tục.

Với những người thợ cơ khí, chỉ huy và kiểm soát là yếu tố cần cân nhắc tiếp theo. Đối với điều này, tôi đã giải quyết trên Raspberry Pi Zero. Được thiết kế để tiêu thụ một lượng nhỏ năng lượng, nó tương thích với các thiết bị ngoại vi USB và hoàn hảo cho một dự án có kết nối internet. Như một phần thưởng, nó hoạt động tốt với thiết bị ngoại vi máy ảnh Raspberry Pi, chìa khóa để cung cấp cho chúng tôi tầm nhìn ra môi trường xung quanh của robot khi chúng tôi ra ngoài thực địa. Tôi đã chọn một ống kính máy ảnh mắt cá cho SOLARBOI, cho chúng ta một tầm nhìn rộng đẹp giúp điều hướng thế giới rộng lớn. Để có kết nối trở lại cơ sở gia đình, chúng tôi dựa vào một dongle 4G, cung cấp cho chúng tôi băng thông cao mà chúng tôi cần để gửi lệnh đến rô bốt và nhận lại video.

Năng lượng mặt trời là chìa khóa cho sứ mệnh của SOLARBOI, do đó có tên. Một bảng điều khiển năng lượng mặt trời 20W được trang bị để tận dụng tối đa ánh nắng mặt trời, ngay cả vào những ngày trời u ám hơn là nắng. Nó được sử dụng để sạc pin vào ban ngày, để SOLARBOI có thể lái xe vào ban đêm, tránh xa những ánh mắt tò mò và những kẻ gian ác độc hại. thời gian khác chúng tôi sẽ tiêu hao pin quá nhanh. Do đó, Pi cần được tắt nguồn hầu hết thời gian, nhưng được bật định kỳ để báo cáo vị trí của SOLARBOI và cho phép chúng tôi đăng nhập và điều khiển rô bốt khi chúng tôi muốn. Để đạt được điều này, Arduino Pro Micro chạy một chương trình đặc biệt để bật SOLARBOI trong 5 phút đầu tiên mỗi giờ. Nếu chúng tôi đăng nhập vào robot từ Mission Control, nó sẽ vẫn hoạt động, cho phép chúng tôi thực hiện nhiệm vụ. Nếu nó không phát hiện ra kết nối, nó sẽ cấp nguồn cho Raspberry Pi để tiết kiệm năng lượng và tận dụng tối đa năng lượng mặt trời có sẵn. GPS cũng được sử dụng để đảm bảo Mission Control luôn biết vị trí của SOLARBOI. Lái xe ở vùng nông thôn trong đêm tối, có thể rất khó để điều hướng chỉ bằng các dấu hiệu thị giác. Do đó, GPS cho phép chúng tôi duy trì vị trí của rô bốt và đạt được mục tiêu của chúng tôi sâu trong khu vực Úc.

Bước 2: Bước 2: Phần mềm

Rõ ràng, mọi thứ đều tốt và tốt khi có một bộ định tuyến, nhưng nó cần phần mềm để làm cho nó hoạt động. Phần mềm của SOLARBOI đang được phát triển liên tục, cho phép hiệu suất tốt hơn và cải thiện tính dễ sử dụng theo thời gian.

Rover sử dụng Raspbian, hệ điều hành mặc định của Raspberry Pi Zero. Mission Control chạy trên Windows. Điều này gây ra một số vấn đề với các tiện ích Linux khác nhau phải được cài đặt đặc biệt tại Mission Control. Tuy nhiên, cuối cùng, thiết lập này đã cho phép chúng tôi lái xe nhiều km thành công với SOLARBOI và thực hiện tốt công việc. Video được truyền từ robot trở lại Mission Control thông qua Gstreamer. Nó khó sử dụng và không được ghi chép đầy đủ cho người mới bắt đầu. Tuy nhiên, nó cho phép chúng tôi có luồng âm thanh và video có độ trễ thấp từ rô-bốt đủ tốt để chúng tôi lái xe mà không gặp quá nhiều vấn đề. Học sinh bỏ học có xảy ra và có một số độ trễ, nhưng khi bạn đang chế tạo những robot đầu tiên trên thế giới để khám phá vùng nông thôn, bạn sẽ tận dụng tối đa những gì mình có! Truyền trực tuyến được thực hiện bằng H264 gốc từ Máy ảnh Raspberry Pi, để tránh đặt quá nhiều tải lên Pi Zero bằng cách chuyển mã nhanh chóng. Việc điều khiển robot thông qua mã Python tùy chỉnh, với kiến trúc máy chủ / máy khách. Sử dụng các thư viện như PiGPIO và Servoblaster, chúng tôi có thể dễ dàng điều khiển hệ thống truyền động của robot và các chức năng khác trong thời gian thực. Cài đặt là một cinch, nhờ vào hệ sinh thái Raspberry Pi được phát triển tốt.

Chúng tôi sử dụng nhiều thư viện bằng Python để hiển thị phép đo từ xa trên màn hình. Quan trọng nhất là MatPlotLib, lập biểu đồ pin của chúng tôi trong Mission Control cho phép chúng tôi theo dõi hiệu suất của SOLARBOI trong một nhiệm vụ trực tiếp.

Bước 3: Bước 3: Những điều bạn chỉ học được trong lĩnh vực này

Không có kế hoạch nào tồn tại trong lần tiếp xúc đầu tiên với kẻ thù, như họ nói. Với phong cách như vậy, SOLARBOI đã trải qua nhiều thử nghiệm trong nỗ lực hướng đến một chiếc hộp điện thoại kiểu cũ nằm sâu trong vùng nông thôn New South Wales. Đây là những bài học thường chỉ có thể học được trong lĩnh vực này và những bài học mà chúng ta đã học được một cách khó khăn. Nếu robot nổi bật so với môi trường xung quanh, người qua đường có thể dễ dàng tìm thấy nó khi đang sạc pin vào ban ngày. Do kích thước và trọng lượng nhỏ của nền tảng, SOLARBOI có thể dễ dàng bị đánh cắp hoặc phá hủy, do đó không thực hiện được nhiệm vụ của nó. Đây là rủi ro mà chúng tôi thực hiện mỗi khi triển khai trong môi trường hoang dã. Để giảm thiểu điều này, SOLARBOI được sơn một lớp hoàn thiện màu xanh lá cây để cố gắng hòa nhập. Tìm một không gian an toàn để sạc với nhiều ánh sáng mặt trời nhưng tầm nhìn tối thiểu là một thách thức liên tục. trên quỹ đạo của nó. Trước đây, chúng tôi đã từng gặp sự cố bị kẹt trên đá hoặc đâm vào cây nhỏ. Hầu hết thời gian, điều này là do máy ảnh có trường nhìn kém, mức ánh sáng yếu vào ban đêm và người điều khiển cảm thấy cực kỳ mệt mỏi. Những nâng cấp của chúng tôi đối với đèn pha và thấu kính mắt cá tốt hơn nhằm mục đích khắc phục vấn đề này trong tương lai. Tiến trình chậm và ổn định, thay vì tốc độ hoàn toàn, cũng là một câu thần chú tốt để tránh đâm vào vật thể khi bạn đang lái xe với độ trễ video 500ms. Có nghĩa là phần cứng của SOLARBOI phải ở trạng thái đỉnh cao, kẻo hành trình kéo dài nhiều giờ đến khu vực triển khai sẽ trở nên vô ích. Điều này đã khiến chúng tôi tốn nhiều xăng và thời gian trong các nhiệm vụ trước đây, và một điều mà chúng tôi dự định sẽ tránh bằng các thử nghiệm nghiêm ngặt trong tương lai. Tuy nhiên, đó là điều cần cân nhắc khi triển khai robot ở xa. Cuối cùng, cơ sở vật chất tốt tại Mission Control là điều bắt buộc. Caffiene phải có mặt để giữ cho thủy thủ đoàn sắc bén và tỉnh táo, cũng như nước để duy trì độ ẩm thích hợp. Đo từ xa rõ ràng và cập nhật cũng rất hữu ích để nhanh chóng chẩn đoán sự cố và nguồn cấp dữ liệu video có độ trễ thấp không có người bỏ học là cách tốt nhất để lái xe trơn tru trong vùng hoang dã của Úc. Điều này cũng cho phép người lái xe tận dụng tối đa tốc độ của SOLARBOI, khi cần thiết, để trốn tránh xe ô tô, động vật hoang dã hoặc Shackleton the Cat, người mà chúng ta đã gặp trong Nhiệm vụ 1. Nhìn chung, SOLARBOI còn nhiều điều để đi trong các nhiệm vụ trong tương lai, và lý tưởng nhất là sẽ dành nhiều tháng trong lĩnh vực khám phá xa và rộng. Để theo dõi hành trình của SOLARBOI, hãy theo dõi trên Twitch.tv và Youtube, và tận hưởng các nhiệm vụ dưới đây! Như mọi khi, sẽ có nhiều cuộc phiêu lưu hơn đến khi SOLARBOI phát triển và ngày càng đi xa hơn từ quê hương!