Pocket Spy-Robot: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Chán trong khi khóa máy? Bạn muốn khám phá thế giới bóng tối dưới ghế sofa phòng khách? Sau đó, robot gián điệp có kích thước bỏ túi là dành cho bạn! Chỉ cao 25mm, robot nhỏ này có khả năng mạo hiểm đến những nơi quá nhỏ để mọi người có thể đi và trả lại tất cả những gì nó nhìn thấy thông qua một ứng dụng điện thoại tiện lợi!

Yêu cầu:

Kinh nghiệm trung cấp trong lĩnh vực điện tử

Kiến thức cơ bản về python và raspberry pi

Một lượng lớn thời gian

Quân nhu

Các bộ phận:

• Raspberry pi Zero W (Không phải WH vì chúng tôi sẽ không sử dụng các tiêu đề được cung cấp)
• Máy ảnh Raspberry Pi
• Thẻ SD cho Pi (8gb trở lên là tốt nhất)
• 2x 18650 pin và giá đỡ (Vì mạch sạc không được tích hợp trong bộ sạc cũng có xu hướng hữu ích!)
• 2x động cơ giảm tốc vi mô 300RPM 6V
• Bộ điều khiển động cơ L293D
• LM7805 Bộ điều chỉnh điện áp
• Tụ điện 22μF
• Tụ điện 10μF
• Chân cắm và chân cắm tiêu đề SIL 2,54mm (mỗi phần dài 2 x 8)
• Chân tiêu đề góc 90 độ 2,54mm
• 10x M3 x 8mm Bu lông chìm
• 4x M3 x 12mm Chốt chìm
• 14x M3 nylock đai ốc
• Bộ kết nối Dupont (có thể không có nhưng nó giúp cuộc sống dễ dàng hơn nhiều)
• Thanh nhôm hoặc thép 5mm x 80mm
• Các loại dây
• Bảng hàn

Công cụ:

• Hàn sắt và thuốc hàn
• Tập hợp các tệp
• Tua vít các loại
• Dao thủ công của một số loại
• Keo siêu dính
• Máy cắt dây
• Dụng cụ tuốt dây
• Bộ mũi khoan và mũi khoan điện (3mm và 5mm sẽ được sử dụng để làm sạch các lỗ trên bản in)
• Máy in 3D (Mặc dù người ta có thể có các bộ phận được in và vận chuyển cho bạn bằng bất kỳ dịch vụ nào trong số nhiều dịch vụ như vậy)
• Cưa sắt mini
• Đồng hồ vạn năng
• Băng điện

Bước 1: Xây dựng khung

Tôi đã nhận ra khá sớm rằng trong khi băng gaffer là không thể tin được, nó có lẽ không nên được sử dụng để làm khung máy chắc chắn, vì vậy in 3D là lựa chọn hiển nhiên tiếp theo (Tại một số thời điểm, tôi sẽ loại bỏ cái này, ngay khi Tôi sẽ tải nó lên.) Các bộ phận được thiết kế để dán lại với nhau với các phần lồng vào nhau được thấy trong các bức ảnh ở trên, vì tôi sử dụng máy in Elegoo Mars, máy in này tạo ra các bản in đẹp nhưng không may có một tấm xây dựng khá nhỏ. Đây là nơi chứa các tệp và lớp siêu bóng, các cạnh có nhãn ở trên sẽ cần được mài xuống cho đến khi chúng vừa khít bên trong các khe của phần tiếp theo, tôi thấy rằng vì máy in 3D không hoàn hảo, đây là cách tốt nhất để lấy một sự phù hợp hoàn hảo. Vì vậy, khi đã hoàn tất việc giũa, hãy dán các bộ phận lại với nhau! (Không phải ngón tay của bạn, như tôi đã học quá nhiều lần) Khi dán các bộ phận lại với nhau, tôi khuyên bạn nên đặt chúng trên một bề mặt phẳng để đảm bảo chúng được đặt thẳng. (Cân chúng xuống có thể giúp giải quyết việc này)

Một vài lỗ sẽ cần được khoan ra với một bit 5mm (được dán nhãn trong hình ảnh thứ 5), điều này phải được thực hiện cực kỳ cẩn thận hoặc sử dụng tệp hình tròn để giảm thiểu rủi ro gãy bộ phận. Để giúp việc lắp ráp dễ dàng hơn sau này, tất cả các lỗ 3mm trên khung máy nên được khoan một lỗ 3mm để đảm bảo các bu lông vừa khít. Ngoài ra, trên cơ sở của khung máy là một loạt các vết cắt hình lục giác để các núm vặn lắp vào, bạn nên sử dụng một chiếc dũa nhỏ để nới rộng chúng ra nếu các đai ốc không vừa khít với nhau. Tôi thấy tốt hơn nhiều là thiết kế theo kích thước chính xác, sau đó loại bỏ vật liệu khi cần thiết, vì điều này mang lại kết quả phù hợp nhất.

Các phần cần in:

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

Bước 2: Mạch

Vì toàn bộ điểm của dự án đang được nhỏ gọn, mạch cung cấp năng lượng cho chính pi và các động cơ được xây dựng thành một bảng duy nhất nằm trên đỉnh pi tương tự như HAT, kết nối bằng cách khía vào các tiêu đề được hàn vào GPIO. Vì các động cơ khá nhỏ và sẽ không yêu cầu nhiều dòng điện, tôi đã sử dụng bộ điều khiển động cơ cầu H kép L293D để cấp nguồn cho chúng vì GPIO của Pi có thể bị hỏng nếu được sử dụng để điều khiển động cơ (Back EMF và chẳng hạn như quá dòng). Cầu H kép sử dụng một bộ bóng bán dẫn NPN và PNP sao cho nếu bóng bán dẫn Q1 và Q4 được cấp nguồn và do đó cho phép dòng điện đi qua, động cơ sẽ quay về phía trước. Nếu Q2 và Q3 được cấp điện thì dòng điện chạy qua động cơ theo chiều ngược lại và quay ngược lại. Điều này có nghĩa là động cơ có thể quay theo cả hai chiều mà không cần sử dụng rơ le hoặc các thành phần khác và cho phép chúng tôi cấp nguồn riêng cho động cơ với số pi thay vì rút ra khỏi nó.

LM7805 cung cấp năng lượng cho pi thông qua chân GPIO 5v nhưng không nên được sử dụng để cấp nguồn cho L293D vì pi có thể yêu cầu gần như tất cả đầu ra 1A của 7805, vì vậy tốt nhất đừng mạo hiểm làm tan chảy nó.

Sự an toàn:

Nếu mạch được xây dựng không chính xác và bất kỳ hơn 5v nào được cung cấp cho pi, hoặc nó được đưa qua một chân khác, pi sẽ bị hỏng không thể sửa chữa được. Quan trọng hơn, mạch phải được kiểm tra kỹ lưỡng và kiểm tra các lỗi ngắn, đặc biệt là trên các đầu vào pin vì LiPo có xu hướng gây ra các vấn đề, * Khụ *, nổ khi ngắn mạch, bạn có thể nên tránh điều đó. Tôi thấy cách tốt nhất để kiểm tra điều này là kiểm tra mạch bằng cách kết nối 4 khối pin AA với đầu vào và đo điện áp đầu ra bằng đồng hồ đa năng. Dù sao thì, công việc an toàn đã qua, chúng ta hãy làm một số hàn!

Bo mạch nên được xây dựng theo sơ đồ mạch ở trên và có cấu hình tương tự như mạch của tôi vì bố cục này vừa vặn trên pi và chưa làm nổ LiPos (ngón tay bắt chéo). Điều quan trọng là phải tuân theo thứ tự bên dưới vì các dây sẽ được định tuyến gần hoặc qua các dây và chân khác, thứ tự này có nghĩa là các dây này được thực hiện cuối cùng để tránh ngắn. Khi hàn vào các chân tiêu đề, điều quan trọng là phải cắm chúng vào một phần dự phòng của tiêu đề để đảm bảo chúng không di chuyển khi được làm nóng.

Các bước:

1. Cắt bảng xuống theo kích thước và dũa mịn cạnh cắt (tôi sử dụng 11 hàng x 20 hàng và hữu ích có các chữ cái và số để mã hóa chúng) Tôi sẽ cung cấp vị trí của các chốt trên bảng với hệ tọa độ này để làm cho cuộc sống dễ dàng hơn. Vì bảng có 2 mặt, tôi sẽ coi mặt đối diện với số pi là mặt 'B' và mặt đối diện với số pi là mặt 'A'.
2. Hàn L293D và LM7805 vào vị trí, chân trên bên trái của L293D nằm ở phía B tại vị trí C11. LM7805 sẽ cần các chân đầu ra của nó uốn cong sao cho mặt sau bằng kim loại của chip nằm phẳng so với bảng, chân trái phải ở vị trí P8.
3. Hàn các chân tiêu đề vào vị trí, trước tiên người ta phải đẩy mặt ngắn hơn của các chân qua khối màu đen cho đến khi chúng bằng phẳng so với mặt trên của khối nói trên. Chúng phải được đẩy qua từ phía A với góc dưới cùng bên phải trong lỗ T1 và được hàn từ phía B như được hiển thị và ghi lại trong các hình ảnh ở trên. Khi hoàn tất, nhẹ nhàng cắt bỏ các khối màu đen và cắm 2 hàng ghim vào các tiêu đề tương ứng chưa được hàn vào pi, điều này đảm bảo các ghim không di chuyển khi hàn chúng.
4. Tiếp theo, hàn vào chân động cơ và pin, 4 chân rộng cho động cơ và 2 chân rộng cho pin. Các chân pin nên được đặt trong các khe J4 và K4 ở phía B, các chân của động cơ giữa L2 và O2 ở phía B.
5. Bây giờ hai tụ điện cần hàn, cả hai từ phía B. Cực dương (chân dương) của tụ điện 22μF phải nằm trong khe P10 ở phía B và phải được hàn vào P8 với phần chân còn lại, trước khi cắt bỏ phần còn lại. Cực âm (chân âm) nên được đưa qua khe P11 và uốn tròn như trong hình để kết nối với P7 (cực âm của 7805). Cực dương của tụ điện 10μF nên được đưa qua khe P4 và hàn chân vào chân P9, cực âm nên được đưa qua khe P3 và nối với P7 theo cách giống như tụ điện còn lại.
6. Các dây kết nối phải đi theo các đường dẫn được thấy trong các hình ảnh ở trên, vì vậy để tiết kiệm thời gian đọc, tôi đã biên soạn một danh sách các chân nên được kết nối bởi các chân này, theo thứ tự và với các mặt được chỉ định, phía được chỉ định là phía mà phần cách điện của dây nằm trên. Các tọa độ sẽ được định dạng sao cho chữ cái đầu tiên biểu thị bên, tiếp theo là tọa độ. Ví dụ: nếu tôi kết nối một chân L293D với một đầu ra, không thể sử dụng cùng một lỗ mà chân đó sử dụng, vì vậy lỗ liền kề sẽ là lỗ liền kề, chốt mà dây kết nối sẽ được đặt ở hai bên của các lỗ mà chúng đi qua. Điều này sẽ giống như B: A1-A2 đến G4-H4 với dây đi qua các lỗ A2 và G4. Lưu ý: Trong các bức ảnh của tôi, mặt A không có chữ, giả sử đây sẽ là từ trái sang phải.
7. Khi bạn đã lấy mỏ hàn ra, bây giờ là thời điểm tốt để hàn dây động cơ và pin, tôi khuyên bạn nên hàn khoảng 15cm đối với dây động cơ, nên hàn ngang với tấm sau của động cơ để tiết kiệm không gian, một bức ảnh của cái này ở trên. Cần có đầu nối ở đầu kia của dây động cơ, tôi khuyên bạn nên đặt một lượng nhỏ chất hàn vào những đầu này sau khi uốn để đảm bảo kết nối chắc chắn. Dây màu đỏ từ một ngăn chứa pin nên được hàn vào dây đen của đầu kia để lại khoảng 4cm giữa hai ngăn, hai dây còn lại cần khoảng 10cm mỗi dây nhưng thay vào đó cần một đầu nối gắn vào cuối để kết nối với bảng.

Hệ thống dây:

1. B: C4-B4 đến F11-G11
2. B: C9-B9 đến O1-O2
3. B: G11-H11 đến K5-K4
4. B: F9-G9 đến M1-M2
5. B: F8-G8 đến I4-J4
6. B: F6-G6 đến L1-L2
7. B: K4-L4 đến O10-P10
8. B: F7-H7 đến N7-O7
9. Bên A hàn tất cả các dây vào bên đó, không có dây nào đi qua nên chỉ cần 2 tọa độ.
10. A: O4 thành O2
11. A: O5 đến N2
12. A: O10 đến M2
13. A: O7 đến P2
14. A: R4 đến Q2
15. A: Tất cả các chân nối đất O7, O8, R7 và R8 phải được kết nối.
16. A: E7 đến K4
17. A: O1 đến R10
18. A: M1 đến R11
19. A: E4 đến T1
20. A: G2 đến R6

Tôi khuyên bạn nên kiểm tra điều này so với sơ đồ mạch ở trên để đảm bảo đấu dây chính xác trước khi bạn kiểm tra. Việc kiểm tra mạch điện nên được thực hiện với một bộ nhiều đồng hồ để kiểm tra khả năng kết nối, các chân cắm sẽ được kiểm tra như sau, nhưng nếu bạn đã thành thạo về điện tử thì hãy kiểm tra càng nhiều càng tốt. Để kiểm tra: Các chân đầu vào của pin, chân của động cơ, tất cả các chân của tiêu đề cho pi, và đầu vào và đầu ra của 7805 so với mặt đất.

Bước 3: Thiết lập Pi

Trong hướng dẫn này, tôi giả định rằng số pi của bạn đã được thiết lập với một hình ảnh và được kết nối với Internet, nếu bạn thiết lập pi lần đầu tiên, tôi khuyên bạn nên sử dụng hướng dẫn sau từ trang web của họ để cài đặt hình ảnh:

www.raspberrypi.org/downloads/

Tôi thấy rằng cuộc sống trở nên dễ dàng hơn nhiều nếu người ta có thể làm việc với số pi khi vẫn ở bên trong robot, nhưng vì cổng HDMI bị chặn do chế độ chờ, nên máy tính để bàn từ xa là điều tốt nhất tiếp theo. Điều này khá dễ dàng để thiết lập bằng cách sử dụng một gói có tên là xrdp và giao thức RDP của Microsoft (được tích hợp sẵn trong cửa sổ nên không có gì rắc rối ở đầu đó).

Để thiết lập xrdp, trước tiên hãy đảm bảo số pi của bạn được cập nhật bằng cách chạy các lệnh 'sudo apt-get update' và 'sudo apt-get upgrade'. Tiếp theo, chạy lệnh 'hostname -I' sẽ trả về địa chỉ IP cục bộ của pi và bạn đã sẵn sàng! Nhấn phím windows trên máy tính của bạn và mở một chương trình có tên là 'Remote Desktop Connection', sau đó nhập địa chỉ IP của số pi của bạn vào trường Máy tính, theo sau là tên người dùng 'pi' nếu bạn chưa thay đổi điều này, nhấn enter và kết nối sẽ được thiết lập với số pi.

Gói đầu tiên bạn sẽ cần là dành cho máy ảnh, vì đây không phải là lĩnh vực chuyên môn của tôi, tôi đã thêm một liên kết đến hướng dẫn chính thức về điều này, hướng dẫn này hoàn toàn phù hợp với tôi.

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

Khi bạn đã làm theo hướng dẫn này và cài đặt phần mềm ở trên, bạn đã sẵn sàng chuyển sang bước tiếp theo!

Bước 4: Mã

Điều đầu tiên với mã, lập trình khác xa với phần yêu thích của tôi về người máy, vì vậy mặc dù chương trình có đầy đủ chức năng, nhưng không nghi ngờ gì nữa, cấu trúc chắc chắn không hoàn hảo, vì vậy nếu bạn nhận thấy bất kỳ vấn đề nào với nó, tôi thực sự đánh giá cao phản hồi!

Tải xuống tệp python đính kèm vào pi của bạn và đặt nó vào thư mục Documents, sau đó mở một thiết bị đầu cuối để bắt đầu thiết lập tự động chạy. Để đảm bảo rằng bạn không cần phải điều khiển máy tính từ xa tới pi mỗi khi bạn muốn sử dụng rô bốt, chúng tôi có thể thiết lập số pi để nó chạy chương trình khi khởi động. Bắt đầu thiết lập bằng cách nhập "sudo nano /etc/rc.local" vào thiết bị đầu cuối, thao tác này sẽ hiển thị trình soạn thảo văn bản dựa trên thiết bị đầu cuối có tên là Nano, cuộn xuống cuối tệp và tìm dòng có nội dung "thoát 0", tạo một dòng mới phía trên dòng này và nhập "sudo python / home / pi / Documents Spy_bot.py &". Điều này thêm lệnh để chạy tệp python theo quy trình khởi động, vì chương trình của chúng tôi sẽ chạy liên tục, chúng tôi thêm "&" để phân nhánh quá trình, cho phép pi kết thúc khởi động chứ không phải lặp lại chương trình này. Để thoát nano, nhấn ctrl + x rồi nhấn y. Sau khi thoát trở lại loại terminal "sudo reboot" để khởi động lại pi và áp dụng các thay đổi.

Nếu động cơ quay sai hướng, hãy mở tệp Spy_bot.py bằng trình soạn thảo văn bản và cuộn đến phần mã động cơ, phần này sẽ được gắn nhãn hướng dẫn về các số chính xác để hoán đổi vòng. Nếu hoán đổi động cơ bên trái và bên phải, nó có thể được cố định trong mã hoặc bằng cách hoán đổi vòng dẫn, nếu bạn muốn tránh tháo rời tất cả một lần nữa, hãy hoán đổi bất kỳ 12 nào trong chức năng động cơ với 13 và bất kỳ 7 nào cho 15.

Mã được chú thích với các chi tiết về chức năng của từng phần để có thể sửa đổi và hiểu một cách dễ dàng.

Bước 5: Kết hợp tất cả lại với nhau

Gắn động cơ:

Sau khi đã dán khung xe lại với nhau và đặt pi lên, bây giờ bạn đã sẵn sàng để lắp ráp rô bốt! Nơi tốt nhất để bắt đầu là với các động cơ, giá đỡ của chúng được thiết kế để vừa khít nên có khả năng sẽ cần một lượng nhỏ giũa trên các ống nhỏ ở bên trong, được dán nhãn trong ảnh trên. Các lỗ ở phần cuối của chúng cũng có thể cần mở rộng một chút để phần vàng nhô lên ở cuối động cơ vừa với bên trong. Sau khi các động cơ có thể vừa khít bên trong vỏ, bạn có thể tháo động cơ và bắt chặt các vỏ vào vị trí của chúng ở phần cuối phía sau của rô bốt bằng cách sử dụng bu lông và móc khóa M3 x 8mm, sau đó lắp các động cơ trở lại vị trí của chúng.

Gắn các thiết bị điện tử:

Tiếp theo, các giá đỡ pin và mâm xôi pi có thể được bắt vít vào vị trí bằng cách sử dụng bu lông M3 x 8mm và nylocks theo hình ảnh, các lỗ gắn trên pi số 0 có thể cần mở rộng một chút vì bu lông sẽ chặt chẽ, cách an toàn và tốt nhất để làm đây là với một tập tin tròn nhỏ và rất cần thận trọng. Nên đặt pin và dây động cơ bên dưới nơi pi đi vì điều này làm cho toàn bộ thiết lập gọn gàng hơn nhiều mà không có dây lỏng ở khắp mọi nơi.

Bây giờ là lúc để thêm máy ảnh, có thể được cắm vào 4 chốt ở phía trước khung máy với cáp đã có ở phía sau, đầu còn lại của cáp ruy-băng nên được gấp nhẹ nhàng để cắm vào cổng máy ảnh của pi, với các điểm tiếp xúc của cáp hướng xuống dưới, hãy cẩn thận không bẻ cong cáp ruy-băng một cách thô bạo vì chúng có xu hướng khá mỏng manh.

Gắn tấm trên cùng:

6 chân đế phải dài 19 mm, nếu không phải thì một chiếc giũa kim loại phù hợp sẽ thực hiện công việc, khi hoàn thành việc này, chúng phải được bắt vít vào mặt trên của khung máy với đầu mới dựa vào nhựa nếu có. Tấm trên cùng bây giờ có thể được bắt vít vào những tấm này, hãy đảm bảo nhẹ nhàng gấp cáp ruy-băng bên dưới nó.

Thêm bánh xe:

Đến bước cuối cùng, bánh xe! Hai bánh xe có lỗ tâm nhỏ hơn nên được khoan ra 3mm để vừa với trục động cơ, mặc dù vậy nếu máy in 3D của bạn được hiệu chỉnh ở mức cao thì điều này không cần thiết. Các lỗ vuông trên tất cả các bánh xe sẽ cần được mở rộng một chút để có thể đặt một chốt chặn bên trong chúng, khi điều này được thực hiện, kích thước M3 x 12mm và một chốt chặn cần lắp bên trong mỗi bánh xe và siết chặt đủ để đầu bu lông ngang với mép của bánh xe. Hai bánh còn lại sẽ cần nới rộng theo kiểu tương tự như những bánh khác, nhưng thay vào đó là 5mm để vừa với trục. Khi các bánh xe đã được chuẩn bị xong, tôi khuyên bạn nên sử dụng một số dạng băng dính điện hoặc dây chun để thêm bề mặt bám cho chúng, nếu sử dụng băng keo, khoảng 90mm là đủ để đi một vòng quanh bánh xe. Bánh sau đã sẵn sàng để gắn vào, cách dễ nhất để làm điều này là xoay trục động cơ sao cho mặt phẳng hướng lên trên, và bắt chặt bánh xe bằng bu lông hướng xuống dưới, để lại 1-2mm giữa bánh xe và vỏ động cơ để tránh bắt. Trục trước bây giờ có thể được đặt thông qua các khối phía trước và các bánh xe được gắn vào.

Bước này sẽ kết thúc dự án, tôi hy vọng rằng điều này có nhiều thông tin và dễ làm theo, và hơn hết là rất vui! Nếu bạn có bất kỳ đề xuất, câu hỏi hoặc cải tiến nào mà tôi có thể thực hiện, vui lòng cho tôi biết, tôi rất sẵn lòng trả lời bất kỳ câu hỏi nào và cập nhật tài liệu hướng dẫn này khi cần thiết.