Robot Raspberry Pi Zero in 3D: 12 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Bạn đã bao giờ muốn chế tạo một con rô bốt, nhưng không có tất cả vật liệu để chế tạo một con rô bốt mà không kết thúc với một khung gầm cồng kềnh không cần thiết? Máy in 3D ở đây để tiết kiệm thời gian! Họ không chỉ có thể tạo ra các bộ phận để tương thích với hầu hết mọi phần cứng, họ có thể làm điều đó một cách rất hiệu quả về không gian. Ở đây tôi sẽ chỉ cho bạn cách tạo một robot rất cơ bản có các bộ phận được in 3D, Raspberry Pi Zero và Pi Camera. Tôi khuyến khích bạn tiếp thu và sửa đổi những gì tôi đã làm để phù hợp với nhu cầu thực tế hoặc giải trí của bạn. Để điều khiển robot và xem nguồn cấp dữ liệu máy ảnh, tôi đã xây dựng một ứng dụng IOS (ứng dụng PiBotRemote) mà bạn có thể thoải mái sử dụng và sửa đổi. Tuy nhiên, sức mạnh thực sự trong các dự án như thế này bắt nguồn từ sự đa dạng về khả năng của cả phần cứng và phần mềm. Vì vậy, tôi khuyến khích bạn sáng tạo và thêm vào những gì tôi đã làm tùy thuộc vào những gì bạn biết cách làm. Ví dụ, tôi nghĩ sẽ rất tuyệt nếu robot này sử dụng thị giác máy để nhận biết môi trường xung quanh và điều hướng tương tự như một chiếc ô tô tự lái.

Bước 1: Yêu cầu

• Vật liệu

  • Yêu cầu (Khoảng 75 đô la)

    • Raspberry Pi Zero W ($ 10)
    • Thẻ Micro SD ($ 8,25)
    • Đầu cắm 40 pin ($ 3,25)
    • Dây nhảy ($ 6,86)
    • Pin USB ($ 5,00)
    • 900 RPM Micro Gearmotor x 2 ($ 12,95 mỗi cái)
    • Trình điều khiển động cơ ($ 4,95)
    • Bánh xe ($ 6,95)
    • Vòng bi bi thép 14mm ($ 0,62)
    • Vít, Đai ốc và Chân đế (xem bên dưới)

  • Tùy chọn (Khoảng $ 45)

    • Đèn LED
    • Máy ảnh Raspberry Pi ($ 29,95)
    • Bộ điều hợp máy ảnh Pi Zero ($ 5,95)
    • Động cơ Servo ($ 8,95)

  • Công cụ

    • Máy in 3D & Filament
    • Máy tính (Tôi sẽ sử dụng máy mac và bạn sẽ cần một chiếc nếu muốn sử dụng ứng dụng PiBot Remote)
    • iPhone / iPad / iPod Touch (Nếu bạn sẽ sử dụng ứng dụng)
    • Máy khoan
    • Tua vít với các đầu có thể thay đổi

Thông tin thêm về các bộ phận

• Pi Zero: Nếu bạn chỉ muốn sử dụng Pi Zero cho dự án này, bạn sẽ ổn khi chạy không đầu. Nếu không, nếu bạn muốn kết nối đầu ra HDMI hoặc thiết bị ngoại vi USB, bạn sẽ cần phải mua thêm bộ điều hợp. Trong trường hợp này, rất có thể là lựa chọn tiết kiệm chi phí nhất để mua một bộ Pi Zero, như bộ này (24 đô la), tôi đã mua trên amazon. Mặc dù tôi vẫn phải mua thẻ micro SD, bộ này đi kèm với Pi Zero, cả bộ điều hợp cần thiết và nhiều tiêu đề khác nhau. Tất cả đều có thể hữu ích.
• Thẻ Micro SD: Bạn có thể sử dụng bất kỳ thẻ Micro SD nào miễn là thẻ đó có dung lượng lưu trữ tối thiểu 8GB.
• Jumper Wires: Tôi thích jumper như thế này vì chúng đi kèm như một gói được kết nối. Điều này cho phép tôi tách phần 9 dây và kết nối gọn gàng giữa Pi và trình điều khiển động cơ.
• Pin USB: Pin tôi mua ngoài Sparkfun đã ngừng sản xuất. Do đó, bạn sẽ cần phải tìm một cái ở nơi khác. Cái mà tôi đã liên kết trông giống với cái của tôi nhưng tôi chưa mua nó và bạn có thể cần phải sửa đổi các tệp in để phù hợp với pin của mình. Đảm bảo tìm pin có cáp micro USB đi kèm, vì điều này cho phép bạn cắm trực tiếp vào pi mà không có dây thừa.
• Trình điều khiển động cơ: Tôi khuyên bạn nên sử dụng thợ lặn mà tôi đã liên kết vì nó khá rẻ và bản in được thiết kế để phù hợp chính xác với bảng đó. Ngoài ra, các bảng khác có thể hoạt động khác nhau và bạn có thể có kết quả khác.
• Quả bóng thép 14mm: Tôi sử dụng quả bóng này đơn giản vì tôi tình cờ có một quả bóng nằm xung quanh. Hãy thoải mái sử dụng các kích thước khác, nhưng bạn có thể cần phải thay đổi kích thước ổ cắm. Quả bóng sẽ đóng vai trò là bánh xe thứ 3 cho robot của chúng ta. Đây là một trong những lĩnh vực thiết kế trên rô-bốt của tôi hiện đang có vấn đề nhất và có thể sử dụng nhiều cải tiến nhất. Mặc dù nó hoạt động tốt trên các bề mặt nhẵn và cứng, nhưng nó lại gặp khó khăn trên thảm và các bề mặt gồ ghề hơn. Hãy thay đổi khu vực này trong thiết kế của bạn.
• Vít, Đai ốc, Giá đỡ: Bạn có thể cần phải làm việc một chút để tìm các vít phù hợp với mình. Tôi chỉ đơn giản là tìm thấy các vít gắn Pi, cũng như các vít giữ Máy ảnh Pi với nhau trong bộ sưu tập vít của bố tôi. Đối với giá đỡ và ổ cắm động cơ, tôi đã sử dụng các vít ($ 2,95) này và các đai ốc ($ 1,50) này, cả hai đều có sẵn tại Sparkfun. Chân đế và 8 con vít (tôi vô tình chỉ đưa vào 4 cái trong hình) để giữ robot với nhau mà tôi đã lấy từ bộ dụng cụ VEX không sử dụng của trường mình.
• Đèn LED: Tôi chắc rằng bạn biết bạn có thể dễ dàng tìm thấy một số đèn LED ở đâu. Chọn bất kỳ màu nào bạn muốn đại diện cho các chức năng: nguồn, kết nối, đường dẫn phát lại của rô bốt và hướng dẫn nhận rô bốt.
• Máy ảnh và Servo: Tùy thuộc vào những gì bạn muốn làm với rô bốt của mình, bạn có thể chọn không bao gồm Máy ảnh và Servo vì chúng không cần thiết cho chuyển động cơ bản và thêm $ 45 vào chi phí của rô bốt.

Bước 2: Thiết lập Pi Zero

Nhấp vào liên kết này để thiết lập cài đặt không cần cài đặt trên Raspberry Pi Zero W của bạn

• Đừng quên rằng Pi Zero không thể kết nối với mạng Wi-Fi 5GHz
• Đảm bảo làm theo hướng dẫn cho Raspbian Stretch trở lên

Khi bạn đã kết nối thành công qua SSH với pi của mình, hãy chạy

sudo raspi-config

và thay đổi các cấu hình sau:

• Thay đổi mật khẩu của bạn. Rất nguy hiểm nếu để mâm xôi mật khẩu mặc định. Đảm bảo rằng bạn nhớ mật khẩu này.
• Trong Tùy chọn mạng, hãy thay đổi tên máy chủ từ raspberrypi thành tên ngắn hơn như pizero hoặc pibot. Tôi sẽ sử dụng pibot cho phần còn lại của hướng dẫn này. Hãy nhớ nhớ những gì bạn đặt ở đây.
• Trong Tùy chọn khởi động -> Máy tính để bàn / CLI, chọn Bảng điều khiển tự động
• Chuyển đến tùy chọn giao diện và bật Máy ảnh

Chọn Kết thúc và khởi động lại thiết bị.

Bước 3: Thiết lập Mạng AdHoc

Bằng cách thiết lập mạng AdHoc, chúng tôi có thể kết nối trực tiếp thiết bị điều khiển của mình với rô bốt mà không cần bất kỳ trung gian nào. Điều này sẽ cho phép phát trực tuyến video nhanh hơn và độ trễ kiểm soát thấp hơn. Tuy nhiên, bước này không cần thiết vì mọi thứ sẽ vẫn hoạt động thông qua mạng wifi bình thường.

Trước tiên, bạn sẽ cần tải xuống và giải nén tất cả các tệp cần thiết từ GitHub. Trong terminal, điều hướng đến thư mục đã tải xuống và gửi thư mục PiBotRemoteFiles tới pi bằng lệnh:

scp -r PiBotRemoteFiles / [email protected]: Desktop /

Thao tác này sẽ gửi tất cả các tệp cần thiết tới rô bốt sẽ điều khiển nó và thiết lập mạng AdHoc. Đảm bảo rằng các tệp nằm trong thư mục có tên "PiBotRemoteFiles" nằm trên màn hình nền; nếu không nhiều thứ sẽ không thành công. Nếu đang sử dụng ứng dụng PiBot Remote, bạn có thể chuyển đổi giữa mạng Wi-Fi thông thường và mạng AdHoc trong cài đặt ứng dụng. Nếu không, bạn có thể thay đổi thủ công thông qua SSH bằng một trong các lệnh sau:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Tất nhiên, hãy đảm bảo rằng bạn đã điều hướng đến thư mục PiBotRemoteFiles trước khi chạy các lệnh trước đó. Mọi thay đổi giữa AdHoc và Wi-Fi sẽ chỉ có hiệu lực sau lần khởi động lại tiếp theo. Nếu một AdHoc được thiết lập, thì bạn sẽ thấy mạng PiBot xuất hiện khi Pi Zero khởi động.

Bước 4: Thêm đèn LED nguồn

Mặc dù chắc chắn là không cần thiết, nhưng nó có thể hữu ích nếu có đèn nguồn. Để kích hoạt điều này, hãy SSH vào Pi Zero và chạy lệnh:

sudo nano /etc/bash.bashrc

Và thêm dòng sau vào cuối tệp:

python /home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

Sau đó, chúng tôi sẽ thay đổi chân GPIO được liên kết với đèn LED nguồn.

Bước 5: Thiết lập giao diện web RPi Cam

Để khai thác luồng video Raspberry Pi Cameras, chúng tôi sẽ sử dụng Giao diện RPi-Cam-Web-. Thông tin về mô-đun này có thể được tìm thấy tại đây và mã của chúng có trên GitHub. Để cài đặt mô-đun, trước tiên chúng ta cần cập nhật Pi của mình. Quá trình này có thể mất đến khoảng 10 phút.

sudo apt-get cập nhật

sudo apt-get dist-upgrade

Sau đó, chúng ta cần cài đặt git:

sudo apt-get install git

Và cuối cùng chúng ta có thể cài đặt mô-đun:

git clone

RPi_Cam_Web_Interface / install.sh

Sau khi mô-đun được cài đặt, một cửa sổ cấu hình sẽ xuất hiện. Nếu bạn muốn thêm tên người dùng và mật khẩu, hãy đảm bảo sử dụng tên người dùng và mật khẩu giống như tài khoản pi của bạn. Nếu không, ứng dụng PiBot Remote sẽ không thể nhận luồng camera.

Bây giờ, nếu bạn truy cập trình duyệt trên thiết bị trên cùng mạng với Pi và nếu máy ảnh được kết nối với pi, bạn có thể nhận luồng bằng cách truy cập https://pibot.local/html/#. Giao diện RPi cho phép dễ dàng điều khiển máy ảnh và bằng cách nhấn hoặc nhấp vào video, video có thể trở thành toàn màn hình. Chúng tôi sẽ sử dụng điều này sau với ứng dụng từ xa PiBot.

Bây giờ chúng tôi đã hoàn tất việc thiết lập Pi Zero, tiếp theo là những thứ thú vị!

Bước 6: In mọi thứ ra

Mặc dù tôi đã sử dụng máy in 3D Dremel với dây tóc PLA, hãy thoải mái sử dụng máy in và vật liệu của riêng bạn. Tất cả các tệp STL đều nằm trong thư mục bạn đã tải xuống từ GitHub. Tôi có thể in tất cả mọi thứ trong bốn lô: tấm trên cùng, tấm dưới cùng, tất cả các ngàm và ổ cắm, và vòng. Hãy sáng tạo trong lựa chọn màu sắc của bạn và tận dụng hết khả năng của máy in 3D. Máy in của tôi không có tính năng ép đùn kép hoặc bất kỳ tính năng ưa thích nào như vậy, nhưng nếu có quyền truy cập vào một máy in như vậy, tôi khuyên bạn nên in các trang trí trên đỉnh của tấm trên với màu tương phản. Bạn có thể sẽ cần phải giũa và khoan để tạo ra một số mảnh vừa vặn.

Hãy sơn tấm trên cùng để hiển thị các biểu tượng và đồ trang trí bằng đèn LED.

Bạn có thể nhận thấy hai giá đỡ ở hai đầu của tấm đáy giống với hệ thống gắn GoPro. Hãy thoải mái sử dụng những thứ này để gắn bất cứ thứ gì bạn thích vào mặt trước hoặc mặt sau của rô bốt. Trong tệp máy xay sinh tố, bạn có thể tìm thấy một giá đỡ điểm đánh dấu có thể xóa khô mà tôi đã sử dụng, cũng như một đối tượng mẫu mà bạn có thể sửa đổi để giữ đối tượng của mình.

Ngoài ra, hãy thoải mái xác định hướng nào là phía trước; Tôi đã đổi chỗ ít nhất ba lần cho đến nay.

Bước 7: Hàn trên tiêu đề

Mặc dù tôi đã chọn hàn trên các đầu nối với PiZero, nhưng bạn có thể hàn dây trực tiếp với pi. Nếu bạn chọn hàn các tiêu đề như tôi đã làm, tôi khuyên bạn nên sử dụng tiêu đề có góc vuông như của tôi. Nó giữ cho các dây được ẩn hơn nhiều và làm cho mọi thứ trông gọn gàng hơn nhiều.

Bây giờ đã đến lúc hàn trình điều khiển động cơ. Tấm dưới cùng được thiết kế đặc biệt cho trình điều khiển động cơ Sparkfun này và cho phép không gian để đầu cắm pin nhô ra phía dưới. Điều này cho phép dễ dàng thay đổi các chân của động cơ để bạn có thể hoán đổi trái và phải, tiến và lùi. Mặc dù tôi đã bao gồm bước sau đây ngay bây giờ, nhưng tôi thực sự khuyên bạn nên đợi một vài bước cho đến khi bạn biết chính xác dây của mình phải dài bao nhiêu. Cắt đoạn 9 dây của chân jumper tương thích với chân tiêu đề mà bạn vừa hàn vào pi. Hàn cẩn thận từng dây để nhóm có thể nằm phẳng và quấn quanh pin. Đo trước chiều dài của dây để bạn không bị quá ít hoặc quá nhiều.

Cuối cùng, đã đến lúc hàn các đèn LED. Dán chúng vào các vị trí tương ứng trên tấm trên cùng và gấp tất cả các ghim nối đất chồng lên nhau. Hàn một dây xuống đất và một dây vào mỗi đèn LED. Từ trái sang phải, các chức năng của đèn LED là: năng lượng của robot, kết nối ứng dụng với robot, robot đang phát lại một đường đã lưu và các hướng dẫn đang được robot nhận.

Đồng thời hàn dây vào mỗi động cơ để chúng có thể cắm vào các đầu cắm đến từ trình điều khiển động cơ.

Bước 8: Bắt vít vào động cơ và ổ cắm

Đầu tiên, lắp từng động cơ vào giá gắn động cơ. Sau đó, lắp từng vít một, chỉ cho đến khi đầu vít chạm vào bề mặt của ngàm hoặc ổ cắm. Sau đó, đối với mỗi vít, giữ cố định một đai ốc ở phía bên kia của đĩa khi bạn siết chặt từng vít. Hãy nhớ đặt vòng bi vào giữa hai ổ cắm khi bạn vặn vào ổ thứ hai. Đặt trình điều khiển động cơ vào vị trí của nó và cắm các động cơ vào. Không quan trọng động cơ được cắm vào mỗi đầu ra vì bạn có thể dễ dàng thay đổi điều khiển đó sau khi rô bốt hoạt động.

Bước 9: Chuẩn bị máy ảnh và Servo

Cắm ruy-băng bộ chuyển đổi Pi Zero vào máy ảnh và vặn vỏ máy ảnh lại với nhau. Đặt servo vào vị trí của nó. Bạn có thể khoan các lỗ bắt vít cho servo, nhưng nó đủ khít. Gắn máy ảnh vào servo theo bất kỳ cách nào bạn thấy phù hợp nhất. Hiện tại, tôi có hai lỗ trên ngàm, với một kim ghim đi qua còi servo và vỏ máy ảnh. Tuy nhiên, điều đó để lại nhiều chỗ lung tung nên bạn có thể muốn sử dụng keo siêu dính. Hướng máy ảnh theo bất kỳ hướng nào bạn muốn và vặn còi servo vào đúng vị trí. Lắp dải băng máy ảnh qua khe của mâm xôi và cắm nó vào pi. Cuối cùng, gấp ruy-băng để giữ phẳng với pin.

Bước 10: Kết hợp mọi thứ lại với nhau

Cuối cùng đã đến lúc mọi thứ trở thành một mảnh. Cắm dây từ đèn LED, trình điều khiển động cơ và servo vào Pi theo cách mà bạn chỉ sử dụng các chân hợp lệ, nhưng giữ chúng gần với lối ra của chúng. Sau đó đặt các dây qua các khe của chúng và vặn pi vào đúng vị trí. Cái này được thiết kế vừa vặn để giữ mọi thứ gọn gàng, vì vậy đừng bỏ cuộc khi có vẻ như không có đủ chỗ cho những chiếc ghim lớn đó.

Vặn từng giá đỡ vào tấm đáy sao cho chắc chắn từng giá đỡ. Lắp pin và đảm bảo rằng cáp nguồn có thể vừa qua khe cắm và vào cổng nguồn của Pi Zero. Quấn dây điều khiển động cơ xung quanh nó và lắp vòng pice xung quanh mọi thứ. Khi bạn đã vắt tất cả các dây vào khoảng trống giữa pin và tấm trên cùng, các đường gờ nhỏ trên tấm dưới cùng vào vòng và hai điểm cao trên vòng vào tấm trên cùng. Bây giờ bạn có thể vặn chặt tấm trên và bạn đã chế tạo được rô bốt của mình!

Bước 11: Mở Dự án Xcode

Một số bước tiếp theo chỉ áp dụng nếu bạn đang sử dụng ứng dụng PiBot Remote, ứng dụng này yêu cầu máy Mac và thiết bị IOS.

Vì ham rẻ và không có tài khoản Apple Developer trả phí nên tôi chỉ có thể chia sẻ dự án Xcode chứ không phải bản thân ứng dụng. Sau đó, bạn có thể tự mở dự án, thay đổi cách ký và khởi chạy nó trên thiết bị của riêng bạn.

Nếu bạn chưa có Xcode, hãy tải xuống từ cửa hàng ứng dụng trên máy Mac của bạn. Sau khi Xcode tải, hãy chọn "Mở một dự án khác" ở góc dưới bên phải và điều hướng đến thư mục "PiBot Remote" trong phần tải xuống GitHub.

Khi dự án mở ra, hãy nhấp vào tệp gốc trong chế độ xem ở ngoài cùng bên trái được gọi là "PiBot Remote".

Thay đổi "Số nhận dạng gói" thành một cái gì đó duy nhất. Bạn có thể thay thế tên của tôi bằng tên của bạn, hoặc thêm một cái gì đó vào cuối.

Thay đổi Nhóm, sang tài khoản cá nhân của riêng bạn. Nếu bạn chưa có, hãy chọn "Thêm tài khoản".

Nhấn Command-B để xây dựng và hy vọng rằng mọi thứ hoạt động chính xác. Khi bạn đã xây dựng thành công dự án, hãy cắm thiết bị của bạn vào máy tính. Nhấp vào nút ở bên phải của phát và nút dừng ở góc trên cùng bên trái và chọn thiết bị của bạn.

Nhấn command-R và ứng dụng sẽ khởi chạy trên thiết bị của bạn. Thiết bị của bạn có thể cần xác minh danh tính trước khi chạy và sẽ chỉ cần truy cập Internet vào lúc này.

Bước 12: Điều chỉnh cuối cùng

Bạn có thể điều chỉnh số pin cho mọi thứ ngoại trừ đèn LED nguồn trong ứng dụng PiBot Remote. Để thay đổi chân cho đèn LED nguồn, hãy SSH vào PI và chạy lệnh:

/home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

Thay đổi hai phiên bản 36 thành bất kỳ chân GPIO nào bạn đã sử dụng. Sau đó nhấn Control-X, y, enter.

Cả ứng dụng và máy chủ đều dễ bị lỗi. Sử dụng bảng điều khiển ở chế độ gỡ lỗi để tìm hiểu điều gì đang xảy ra. Nếu nghi ngờ, hãy thử khởi động lại Pi và / hoặc khởi động lại ứng dụng. Đôi khi sau khi lỗi mã, ứng dụng không thể kết nối lại vì địa chỉ đã được sử dụng. Trong trường hợp này, chỉ cần thay đổi cổng và ứng dụng sẽ kết nối.

Ngoài ra, khi điều khiển robot bằng chân ga trên thiết bị của bạn, bạn phải sử dụng một số cử chỉ bất tiện để hiệu chỉnh, dừng / khởi động, điều chỉnh máy ảnh và hiển thị / ẩn thanh tab

• Hiệu chỉnh: Chạm và giữ bằng hai ngón tay trong 0,5 giây (nếu thiết bị của bạn hỗ trợ, bạn sẽ cảm thấy phản hồi xúc giác sau khi thiết bị đã hiệu chỉnh
• Điều chỉnh máy ảnh: Cử chỉ phức tạp nhất, làm những gì đã được mô tả trước đó để hiệu chỉnh, sau đó kéo ngón tay của bạn lên để di chuyển máy ảnh lên và kéo xuống để di chuyển máy ảnh xuống. Điều chỉnh sẽ được thực hiện khi bạn nhấc ngón tay lên.
• Stop / Start Toggle: Khi bạn chuyển đến chế độ xem gia tốc kế, ban đầu rô bốt được đặt để bỏ qua các lệnh chuyển động. Để chuyển đổi cài đặt này, hãy nhấn đúp bằng hai ngón tay.
• Hiển thị / Ẩn Thanh tab: Để cho phép xem toàn màn hình khi đang lái xe gia tốc, thanh tab sẽ tự động ẩn sau vài giây. Để hiển thị lại, hãy vuốt lên. Để ẩn nó, hãy vuốt xuống.

Nếu bạn cảm thấy bực bội với các vấn đề và sự bất tiện liên quan đến ứng dụng của tôi, chỉ cần nhớ rằng tôi không được đào tạo chính thức về bất kỳ hình thức lập trình nào. Vì vậy, tôi hoan nghênh lời khuyên và đề xuất. Hãy thoải mái phân chia các tệp GitHub của tôi.

Nếu tôi thực hiện bất kỳ điều chỉnh nào trên GitHub, hãy áp dụng chúng cho robot bằng cách tải xuống các tệp và gửi chúng qua SCP đệ quy đến Pi ở vị trí thích hợp. Nếu bạn nhân bản dự án Xcode, chỉ cần kéo thay đổi. Nếu không, bạn có thể tải xuống dự án và làm theo bước 11 để mở ứng dụng trên thiết bị của mình.

Nếu bạn làm bất cứ điều gì thú vị với hướng dẫn này, vui lòng cho tôi biết trong phần bình luận, tôi muốn biết cách nó có thể được sử dụng làm mẫu cho tất cả các loại dự án hấp dẫn.