Ρομπότ τηλεπαρουσίας Snap Circuits: 9 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Οι διακοπές το 2020 είναι λίγο διαφορετικές. Η οικογένειά μου είναι απλωμένη σε όλη τη χώρα και λόγω της πανδημίας δεν μπορούμε να συγκεντρωθούμε για διακοπές. Wantedθελα έναν τρόπο να κάνω τους παππούδες να αισθάνονται ότι συμπεριλαμβάνονται στη γιορτή των Ευχαριστιών μας. Ένα ρομπότ τηλεπαρουσίας όπως το Double 3 θα ήταν τέλειο, εκτός από το ότι κοστίζει $ 4, 000. Αναρωτήθηκα αν θα μπορούσα να φτιάξω κάτι παρόμοιο με πολύ λιγότερα χρήματα.

Το Snap Circuits® RC Snap Rover® είναι ένα τηλεχειριζόμενο rover με ηλεκτρονικά που έχουν σχεδιαστεί για αλλαγές και πειραματισμούς. Είναι περίπου το σωστό μέγεθος για να είναι η βάση ενός ρομπότ τηλεπαρουσίας και σκέφτηκα ότι πιθανότατα θα μπορούσα να το συνδέσω για έλεγχο από τον ιστό.

Αν μπορούσα να τοποθετήσω ένα tablet στο rover, θα είχα ένα ρομπότ τηλεπαρουσίας που θα άφηνε τους παππούδες και τις γιαγιάδες να συμμετέχουν στη γιορτή μας! Θα μπορούσαν να μετακινούνται μόνοι τους στο σπίτι και να αλληλεπιδρούν με διαφορετικούς ανθρώπους, αντί να είναι κολλημένοι σε ένα μέρος. Η καινοτομία μπορεί επίσης να τους κρατήσει - και τα παιδιά μου - πιο ενδιαφέρον από μια κανονική βιντεοκλήση.

Πήρα το ρομπότ να δουλεύει το βράδυ πριν από την Ημέρα των Ευχαριστιών και ήταν ένα τεράστιο χτύπημα!

Με ηλεκτρονικά που δεν είναι στο ράφι και λίγο ελαφριά ξυλουργική, μπορείτε επίσης να φτιάξετε ένα ρομπότ τηλεπαρουσίας. Δεν απαιτείται συγκόλληση!

Προμήθειες:

Σκεύη, εξαρτήματα

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Σημείωση: το "Deluxe" Snap Rover δεν χρησιμοποιεί τα ίδια μέρη και δεν θα λειτουργήσει με αυτόν τον οδηγό. Εάν διαθέτετε το Deluxe Snap Rover, θα πρέπει να αγοράσετε ένα ξεχωριστό IC Control Motor

• Συνδέσεις Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W ή άλλη συσκευή με προγραμματιζόμενα GPIO ικανά να τρέχουν NodeJS
• Θήκη για το Raspberry Pi (προαιρετικό)
• GPIO Hammer Headers (θηλυκό)
• Κάρτα MicroSD (4 GB ή μεγαλύτερη)
• Μπαταρία USB και καλώδιο Micro-USB για την τροφοδοσία του Pi
• iPad ή άλλο tablet/τηλέφωνο

• Διάφορα ξύλο:

  • 1 ξύλινος πείρος "x 48", κομμένος στο επιθυμητό ύψος
  • 2x4, περίπου Μήκος 10"
  • 2 κομμάτια καλουπιού 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 κομμάτια 1x1 ή παρόμοια θραύσματα, περίπου. 3 "μήκος
• Μικρό κουτί από χαρτόνι για να χρησιμεύσει ως θήκη iPad
• Ιμάντας από νάιλον, περίπου. 6 '

Λογισμικό

• Στο rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (δοκιμάστηκε με την ανεπίσημη 14.15.1 armv6 κατασκευή σε Pi Zero W)
  • λογισμικό τηλεχειριστηρίου pi-rover

• Στο tablet:

  Facetime, Zoom ή άλλο λογισμικό τηλεδιάσκεψης

• Στον υπολογιστή σας:

  Ένας πελάτης ssh (ενσωματωμένος σε Mac + Linux. Χρησιμοποιήστε κάτι σαν PuTTY για Windows)

Εργαλεία

• Τρυπάνι με φτυάρι 1"
• Πυροβόλο θερμής κόλλας
• Σφυρί
• Είδε
• Ταινία μέτρησης / χάρακα

Για τον χρήστη (παππούδες, κλπ.)

Ο παππούς, ή όποιος χειρίζεται το rover, θα χρειαστεί τα εξής:

Ένας υπολογιστής με λογισμικό τηλεδιάσκεψης (FaceTime, Zoom, κλπ) και ένα πρόγραμμα περιήγησης στον ιστό

Ή

Ένα tablet/τηλέφωνο με δυνατότητα split-screen και λογισμικό τηλεδιάσκεψης

Ή

• 2 συσκευές:

  • Ένα τηλέφωνο, tablet ή άλλη συσκευή με λογισμικό τηλεδιάσκεψης και
  • Μια δεύτερη συσκευή με πρόγραμμα περιήγησης ιστού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο του προγράμματος περιήγησης ενώ η πρώτη συσκευή χρησιμοποιείται για βίντεο

Βήμα 1: Επιλογή υλικού

Για να ελέγξω το rover από το διαδίκτυο χρειαζόμουν έναν μικρό υπολογιστή που θα μπορούσε να ελέγχει το rover και να λειτουργεί ως διακομιστής ιστού, έτσι ώστε ο παππούς και η γιαγιά να έχουν πρόσβαση στο rover. Το Raspberry Pi Zero W ταιριάζει απόλυτα. Είναι μικρό, διαθέτει Wi-Fi και έχει αρκετή ισχύ CPU για να τρέξει έναν μικρό διακομιστή ιστού. Επιπλέον, είναι μόνο 10 $, το οποίο είναι λιγότερο ακριβό από σχεδόν όλες τις άλλες επιλογές χόμπι. Πήρα τα αξεσουάρ μου Pi + από τους εξαιρετικούς ανθρώπους στο Adafruit.

Βήμα 2: Προετοιμασία του Pi: Headers

Η σειρά εκπαιδευτικών παιχνιδιών Snap Circuits είναι σαν τούβλα LEGO® για ηλεκτρονικά είδη. Σας αφήνουν να συνδέσετε κυκλώματα χωρίς καμία συγκόλληση και είναι σχετικά αδιάβροχα. Οι ηλεκτρονικές πλακέτες Hobbyist (όπως το Raspberry Pi) παρέχουν διάφορους τρόπους για να συνδέσετε τα πράγματα, αλλά κανένας από αυτούς δεν είναι συμβατός με τα κυκλώματα Snap.

Για να το ξεπεράσουμε αυτό, θα εγκαταστήσουμε μια κεφαλίδα στο Pi και στη συνέχεια θα χρησιμοποιήσουμε ειδικά καλώδια βραχυκυκλωτή "Snap to Pin" για να συνδέσουμε το Pi στο rover χωρίς καμία συγκόλληση.

Τοποθετήστε τις θηλυκές κεφαλίδες σφυριού στο Pi χρησιμοποιώντας τις οδηγίες εγκατάστασης (με την ένδειξη "για pHAT"). Είναι σημαντικό να χρησιμοποιείτε τις γυναικείες κεφαλίδες. Αυτά μας επιτρέπουν να συνδέσουμε τα καλώδια βραχυκυκλωτήρων.

Βήμα 3: Προετοιμασία του Pi: Λογισμικό

Το Raspberry Pi φορτώνει το λογισμικό του από κάρτα MicroSD. Θα εγκαταστήσουμε ένα λειτουργικό σύστημα, μετά θα εκκινήσουμε το Pi και θα εγκαταστήσουμε μερικά άλλα εργαλεία συν το λογισμικό ελέγχου για το rover.

1. Χρησιμοποιήστε το λογισμικό Raspberry Pi Imager στον υπολογιστή σας για να κάνετε λήψη και εγκατάσταση του Raspberry Pi OS Lite (32-bit) στην κάρτα SD.
2. Χρησιμοποιήστε αυτό το σεμινάριο για να ρυθμίσετε το Pi σε λειτουργία «χωρίς κεφάλι», χωρίς να χρησιμοποιήσετε πληκτρολόγιο ή οθόνη. Αυτό θα αποκτήσει το Pi στο Wi-Fi κατά την πρώτη εκκίνηση.
3. Ενεργοποιήστε το πρωτόκολλο Secure Shell (ssh) στο Pi χρησιμοποιώντας τα βήματα 3+4 από αυτό το σεμινάριο στο SSH. Μπορείτε να αγνοήσετε το μέρος σχετικά με τη ρύθμιση του "X Forwarding". Αυτό θα σας επιτρέψει να συνδεθείτε στο Pi μόλις συνδεθεί στο διαδίκτυο.
4. Μετακινήστε την κάρτα SD στο Pi και εκκινήστε το pi. Χρησιμοποίησα μια μπαταρία USB για παροχή ενέργειας, αλλά για αυτό το βήμα μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε έναν προσαρμογέα ρεύματος ή καλώδιο Micro-USB για να τον τροφοδοτήσετε από τον υπολογιστή σας.
5. Βρείτε τη διεύθυνση IP του Pi. Θα χρειαστεί να συνδεθείτε στο Pi και αργότερα να ελέγξετε το rover.

6. Συνδεθείτε στο Pi από τον υπολογιστή σας. Η ενότητα "Ρύθμιση του πελάτη σας" του οδηγού SSH περιέχει λεπτομερείς οδηγίες. Θα πρέπει τώρα να συνδεθείτε στο Pi:

   ssh pi@

7. Το λογισμικό τηλεχειρισμού χρησιμοποιεί ένα εργαλείο που ονομάζεται NodeJS. Για να εγκαταστήσετε το NodeJS στο Pi, εκτελέστε τις ακόλουθες εντολές μέσω SSH:

   wget

   tar xf node-v14.15.1-linux-armv6l.tar.gz εξαγωγή PATH =/home/pi/node-v14.15.1-linux-armv6l/bin/: $ PATH

8. Θα πρέπει τώρα να έχετε εγκαταστήσει το NodeJS στο Pi. Για να το δοκιμάσετε, τρέξτε

   κόμβος -v Μετά από μερικά δευτερόλεπτα θα πρέπει να εξάγει την έκδοση του NodeJS, τέτοια

   v14.15.1

9. Στη συνέχεια θα εγκαταστήσουμε το λογισμικό ελέγχου rover, που ονομάζεται pi-rover. Αυτό θα διαρκέσει αρκετά λεπτά:

   sudo apt-get install git

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

10. Εκτελέστε το λογισμικό διακομιστή στο Pi:

    κόμβος index.js

    Εάν όλα πάνε καλά, θα πρέπει να έχετε πρόσβαση στο Pi μέσω ενός προγράμματος περιήγησης στον υπολογιστή σας, μεταβαίνοντας στη θύρα 8080 στη διεύθυνση IP του Pi. Για παράδειγμα, εάν η διεύθυνση IP του Pi σας είναι 192.168.1.123, μεταβείτε στη διεύθυνση

11. Κλείστε το λογισμικό διακομιστή με Ctrl-C.

12. Για να εκτελέσετε τον διακομιστή κάθε φορά που ξεκινά το Pi, εγκαταστήστε το αρχείο υπηρεσίας συστήματος:

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

    sudo systemctl ενεργοποιήστε το pi-rover.service

13. Μόλις το λογισμικό δοκιμαστεί και λειτουργεί, κλείστε το για να μπορέσουμε να εγκαταστήσουμε το Pi στο rover:

    sudo shutdown -h τώρα

Σημείωση: Εάν πρόκειται να δώσετε πρόσβαση σε άλλα άτομα εκτός του οικιακού σας δικτύου (όπως ο παππούς, ο οποίος βρίσκεται στο σπίτι του αυτή την Ημέρα των Ευχαριστιών), θα πρέπει να διαμορφώσετε το δρομολογητή σας για να στέλνει επισκεψιμότητα από τη δημόσια διεύθυνση IP σας στο Πι. Χρησιμοποιήστε έναν οδηγό προώθησης θυρών για υποστήριξη για να το κάνετε αυτό.

Βήμα 4: Wire the Rover

Το Snap Rover έρχεται με οδηγίες για την καλωδίωση του τηλεχειριστηρίου που συνοδεύει το κιτ rover. Θα τα προσαρμόσουμε για να αντικαταστήσουμε το στοιχείο του δέκτη ραδιοφώνου με το Pi.

Το εγχειρίδιο του rover περιλαμβάνει μια σειρά κυκλωμάτων. Ξεκινήστε με το #1 (το "Night Rover") και σκίστε τα πάντα στα αριστερά της στήλης 6. Αυτό αφήνει στη θέση του το IC ελέγχου κινητήρα, τις αντιστάσεις (4) 1kΩ στις εισόδους του IC ελέγχου κινητήρα, τον διακόπτη διαφάνειας, και τα καλώδια που πηγαίνουν στο rover.

Βήμα 5: Συνδέστε το Pi στο Rover

Εάν έχετε θήκη για το Pi αλλά δεν το έχετε εγκαταστήσει ακόμα, κάντε το τώρα.

Ο σύνδεσμος 40pin στο Pi εκθέτει μεγάλη λειτουργικότητα. Θα χρησιμοποιήσουμε αρκετούς ακροδέκτες I/O γενικής χρήσης (GPIO) για να συνδέσουμε το Pi στο rover. Είναι σημαντικό να το συνδέσετε ακριβώς όπως φαίνεται εδώ. η καλωδίωση εσφαλμένα κινδυνεύει να βλάψει το Pi ή το rover.

1. Οι ακίδες στο Pi είναι αριθμημένες 1-40. Αξίζει να αναθεωρήσετε το pinout για να καταλάβετε πώς έχουν σχεδιαστεί.

2. Χρησιμοποιήστε τους συνδετήρες Snap-to-Pin για να συνδέσετε τα ακόλουθα 4 GPIO στις αντιστάσεις στις εισόδους του IC ελέγχου κινητήρα:

   1. Καρφίτσα 11 (GPIO 17) στην αντίσταση στο LF
   2. Καρφίτσα 12 (GPIO 18) στην αντίσταση στο LB
   3. Καρφίτσα 13 (GPIO 27) στην αντίσταση σε RF
   4. Καρφίτσα 15 (GPIO 22) στην αντίσταση στο RB
   5. Χρησιμοποιήστε έναν ακόμη σύνδεσμο Snap-to-Pin για να συνδέσετε μια ακίδα γείωσης (Pin 14) από το Pi στη γείωση (-) στο rover. Αν και έχουμε 2 ξεχωριστά τροφοδοτικά (το rover χρησιμοποιεί 9V και το Pi χρησιμοποιεί 5V από την μπαταρία USB), οι δύο πλευρές είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένες και χρειαζόμαστε ένα κοινό έδαφος για να λειτουργήσει το κύκλωμα.

Βήμα 6: Κατασκευάστε το Tablet Mount

Η τοποθέτηση του tablet απαιτεί εξισορρόπηση αρκετών ανταγωνιστικών αναγκών:

• Το δισκίο πρέπει να είναι αρκετά ψηλό στον αέρα ώστε να μπορεί να αλληλεπιδρά με όρθια παιδιά και ενήλικες.
• Το rover πρέπει να είναι αρκετά σταθερό ώστε να αποφεύγεται η ανατροπή κατά την οδήγηση.
• Το tablet πρέπει να τοποθετηθεί όσο το δυνατόν πιο κοντά στο κέντρο του rover για να παρέχει σταθερότητα και ομαλή εμπειρία κατά την οδήγηση.
• Το επάνω μέρος του rover δεν έχει σχεδιαστεί για να έχει κάτι άλλο εκτός από τα Snap Circuits που συνδέονται με αυτό και δεν υπάρχει ένας πολύ καλός τρόπος για να τοποθετήσετε ένα φορτίο χωρίς να διακινδυνεύσετε ζημιά στα εξαρτήματα.

Μέρος 1: Χτίζοντας γέφυρες

Η κορυφή του rover είναι ένα πλαστικό πλέγμα με χτυπήματα που έχουν σχεδιαστεί για να ασφαλίζουν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Η τοποθέτηση φορτίου απευθείας στο δίκτυο δεν θα ήταν σταθερή και θα μπορούσε να προκαλέσει ζημιά στο δίκτυο. Επέλεξα να χτίσω ένα είδος γέφυρας πάνω από τη βάση με στηρίγματα που βρίσκονται μεταξύ των εξογκωμάτων στο πλέγμα και έναν πείρο τοποθετημένο στην κορυφή της γέφυρας. Χρησιμοποίησα ένα νάιλον ιμάντα για να στερεώσω τη διάταξη γέφυρας + πείρου στο σώμα του rover.

1. Κόψτε ένα μήκος 2x4 σε περίπου 10 ", θα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το πλάτος του rover, για να μας επιτρέψει να το δέσουμε με ασφάλεια στο rover.
2. Κόψτε ένα ζευγάρι 8 τεμαχίων από τις λωρίδες χύτευσης 1/4 ". Αυτά θα βοηθήσουν στη σταθεροποίηση της βάσης του tablet και θα την αποτρέψουν από το να κουνιέται μπροστά και πίσω.
3. Κολλήστε τις λωρίδες χύτευσης στο 2x4. Οι λωρίδες πρέπει να απέχουν μεταξύ τους έτσι ώστε να ταιριάζουν στις αυλακώσεις του πλέγματος, ανάμεσα στα χτυπήματα (περίπου 5 "μεταξύ τους). Οι λωρίδες πρέπει να τοποθετηθούν έτσι ώστε το κάτω μέρος του 2x4 να κάθεται πάνω από τα ηλεκτρονικά.
4. Κόψτε ένα ζευγάρι κομμάτια 3 "από το 1x1 και κολλήστε τα στις γωνίες όπου οι λωρίδες χύτευσης συναντούν το 2x4. Ο στόχος εδώ είναι να αποτρέψετε τις λωρίδες χύτευσης να σπάσουν από το 2x4 υπό πλευρική πίεση.
5. Χρησιμοποιήστε το φτυάρι 1 "για να ανοίξετε μια τρύπα για τον πείρο στην κορυφή του 2x4. Η τρύπα δεν χρειάζεται να περάσει μέχρι το 2x4. Αφήστε περίπου 1/8" ξύλου άθικτο στο κάτω μέρος της τρύπας για να στηρίξει τον πείρο. Η τρύπα πρέπει να μετατοπιστεί προς τη μία άκρη του 2x4, για να αφήσει χώρο για το νάιλον ιμάντα στην άλλη πλευρά. Κολλήστε τον πείρο στην τρύπα, βεβαιωθείτε ότι είναι κάθετος.

Σημείωση: Ένας μικρότερος πείρος θα μπορούσε να λειτουργήσει. Διάλεξα διάμετρο 1 για να διασφαλίσω ότι ήταν αρκετά σκληρή για να αποσβέσει τις ταλαντώσεις. Δεν θέλετε να κάνετε τον παππού να κουράζεται ενώ οδηγεί!

Μέρος 2: Κάτοχος tablet

Χρειαζόμουν έναν ελαφρύ αλλά ανθεκτικό τρόπο για να στερεώσω το tablet στην κορυφή του πείρου. Το ίδιο το tablet πρέπει να κρατιέται όσο το δυνατόν πιο κοντά στον πείρο, έτσι ώστε το βάρος του να μην λειτουργεί ως μοχλός που προσπαθεί να ανατρέψει το rover. Αφού σκέφτηκα εν συντομία να φτιάξω ένα κουτί από ένα ελαφρύ ξύλο όπως το ξύλο μπάσου, επέλεξα την προσέγγιση χαμηλής προσπάθειας να κόψω ένα κουτί από χαρτόνι κατάλληλου μεγέθους. Βρήκα ένα κουτί διαστάσεων περίπου 10 "x 12" x 1 ". Κόψτε το ένα άκρο, ώστε να μπορεί να γλιστρήσει το tablet και κόψτε ένα ορθογώνιο άνοιγμα στη μία πλευρά, ώστε να είναι ορατή η οθόνη του tablet. Χρησιμοποιήστε θερμή κόλλα για να ασφαλίσετε τη θήκη του tablet. στην κορυφή του πείρου.

Βήμα 7: Προσδεθείτε

Πρέπει να στερεώσουμε τη βάση του tablet στο rover. Το rover δεν έχει σχεδιαστεί για αυτό και δεν υπάρχουν βολικές επιλογές τοποθέτησης. Επέλεξα να ασφαλίσω τη βάση χρησιμοποιώντας ένα μακρύ νάιλον ιμάντα τυλιγμένο και στους δύο άξονες (όχι άξονες!) Του rover. Αυτό αποτρέπει την κλίση της βάσης προς τα εμπρός, προς τα πίσω ή προς οποιαδήποτε πλευρά. Βεβαιωθείτε ότι ο ιμάντας δεν ασκεί πίεση σε κανένα από τα ηλεκτρικά εξαρτήματα και βεβαιωθείτε ότι είναι τραβηγμένος και ασφαλισμένος έτσι ώστε να μην μπορεί να χαλαρώσει.

Βήμα 8: Ξεκινήστε το Roving

Μόλις στερεωθεί η βάση του tablet στο rover, ενεργοποιήστε το Raspberry Pi και το rover. Μόλις το Pi είναι συνδεδεμένο, συνδεθείτε στη διεπαφή ιστού (π.χ. https://192.168.1.123) και "Αίτημα ελέγχου". Θα πρέπει τώρα να μπορείτε να οδηγείτε! Μόνο ένα άτομο κάθε φορά μπορεί να οδηγήσει το rover, οπότε φροντίστε να εγκαταλείψετε τον έλεγχο του rover πριν δοκιμάσετε κάποιον άλλο.

Οδηγίες για παππούδες

Μόλις το rover είναι συνδεδεμένο, καλέστε τον παππού (ή τη γιαγιά!) Στο FaceTime. Μόλις τα πάρουν, ζητήστε τους να ανοίξουν ένα πρόγραμμα περιήγησης στον ιστό και να μεταβούν στη δημόσια διεύθυνση IP σας. Ανάλογα με το τηλέφωνο/tablet/υπολογιστή που χρησιμοποιούν, ίσως χρειαστεί να μεταβούν στη λειτουργία "split screen" ή να χρησιμοποιήσουν μια δεύτερη συσκευή.

Μόλις φορτώσουν την ιστοσελίδα, θα πρέπει να δουν τη διεπαφή ελέγχου του rover. Ζητήστε τους να ζητήσουν έλεγχο. Τώρα μπορούν να αλληλεπιδράσουν με την υπόλοιπη οικογένεια σαν να ήταν εκεί!

Βήμα 9: Μελλοντικές βελτιώσεις

Αυτός ο σχεδιασμός δεν είναι τέλειος. Μερικές πιθανές βελτιώσεις:

• Σταθεροποιητές για το rover έτσι ώστε να μην αναποδογυρίζει νωρίς όταν το χτυπήσει παιδί, κατοικίδιο κ.λπ.
• Ένας τρόπος για να αποτρέψετε το ρομπότ να προσκρούσει σε πράγματα (ο οδηγός δεν μπορεί να κοιτάξει κάτω!)
• Περισσότερη φινέτσα στα χειριστήρια του λογισμικού pi-rover. Αυτή τη στιγμή είναι κωδικοποιημένοι σε κάτι που λειτούργησε αρκετά καλά για εμάς.
• Ενσωματώστε το εργαλείο βιντεοδιάσκεψης στην ιστοσελίδα, έτσι ώστε η γιαγιά να μην χρειάζεται 2 συσκευές για να χρησιμοποιήσει το rover