SOLARBOI - 4G Solar Rover Out to Explore the World !: 3 Βήματα (με Εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Από μικρός μου άρεσε πάντα να εξερευνώ. Με τα χρόνια, έχω δει πολλές κατασκευές αυτοκινήτων τηλεχειριστηρίου που ελέγχονταν μέσω WiFi και έμοιαζαν αρκετά διασκεδαστικές. Αλλά ονειρευόμουν να προχωρήσω πολύ περισσότερο - στον πραγματικό κόσμο, πολύ πιο πέρα από τα όρια του σπιτιού μου, του δρόμου μου ή ακόμα και του προαστίου μου. Λαχταρούσα να φτιάξω ένα ρομπότ που θα μπορούσε να πάει πολύ πιο πέρα. Για να το κάνω αυτό, έβαλα ένα ρομπότ εξοπλισμένο με κάμερα, σύνδεση δεδομένων 4G και σύστημα ηλιακής ενέργειας ικανό να επιτρέπει αποστολές ημέρες, εβδομάδες ή ακόμη και μήνες. Τώρα μεταδίδω τακτικά ζωντανές αποστολές στο Twitch.tv και ο SOLARBOI κάνει το ρόλο του στην προσπάθειά του να προχωρήσει πιο μακριά στην ύπαιθρο της Αυστραλίας από οποιοδήποτε ρομπότ ποτέ πριν! Ο στόχος του SOLARBOI είναι να μείνει σε μια πόλη της Αυστραλίας και να ξεφύγει, στην εξοχή και σε άλλους προορισμούς. Δεν μπορεί να λάβει καμία εξωτερική βοήθεια κατά την αποστολή του, διαφορετικά θεωρείται ότι απέτυχε. Πρέπει να κάνει τον δρόμο του, χιλιόμετρο με χιλιόμετρο, σε ημέρες και εβδομάδες, στηριζόμενος μόνο στον ήλιο για φόρτιση και στο δίκτυο 4G για επικοινωνία πίσω στη βάση. Παρόλο που τα βασικά του έργου ακούγονται εύκολα, είναι πολύ δύσκολο! Αυτός ο οδηγός χρησιμεύει για να εξηγήσει τα βασικά για το πώς λειτουργεί το SOLARBOI και να παρουσιάσει ιδέες για το πώς να δημιουργήσει καλύτερα μια πλατφόρμα ρομπότ που μπορεί να επιβιώσει σε εξωτερικούς χώρους για εβδομάδες συνεχώς. Δεν είναι ένα ακριβές εγχειρίδιο βήμα προς βήμα για το πώς να δημιουργήσετε το δικό σας. Αντ 'αυτού, είναι ένα σημείο εκκίνησης που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να εξερευνήσετε τις δικές σας κατασκευές και σχέδια.

Βήμα 1: Βήμα 1: Το υλικό

Πρώτα απ 'όλα, θα χρειαστείτε ένα πλαίσιο για το ρομπότ σας. Ενώ πολλοί πειραματίζονταν με τρισδιάστατα εκτυπωμένα σχέδια rover, επέλεξα να χρησιμοποιήσω ένα αγαπημένο παιχνίδι από την παιδική μου ηλικία. Το Radio Shack RAMINATOR φαινόταν δροσερό, με μεγάλα ελαστικά, τετρακίνηση και ανάρτηση εργασίας έξω από το κουτί. Παρόλο που είναι βελτιστοποιημένο για ταχύτητα πάνω από ροπή, αποφάσισα ότι αυτό θα ήταν ωραίο ως βάση του έργου μου rover. Αφού έκοψα το υλικό RC που ανήκει σε παιχνίδια, αντικατέστησα τον κινητήρα με ένα βουρτσισμένο ESC Hobbyking, ενώ αφαίρεσα την αρχική ρύθμιση του τιμονιού και το αντικατέστησα με ένα ανθεκτικό σερβο. Οι μπαταρίες πολυμερών λιθίου εγκαταστάθηκαν για να δώσουν στον SOLARBOI την ικανότητα οδήγησης για ώρες κάθε φορά.

Με τα μηχανικά εκτός λειτουργίας, η εντολή και ο έλεγχος είναι το επόμενο σημαντικό θέμα. Για αυτό, εγκαταστάθηκα σε ένα Raspberry Pi Zero. Σχεδιασμένο για να καταναλώνει μικρή ποσότητα ενέργειας, είναι συμβατό με περιφερειακά USB και είναι ιδανικό για ένα έργο που συνδέεται με το Διαδίκτυο. Ως μπόνους, λειτουργεί καλά με την περιφερειακή κάμερα Raspberry Pi, κλειδί για να μας δώσει μια εικόνα του περιβάλλοντος του ρομπότ όταν είμαστε έξω στο πεδίο. Διάλεξα έναν φακό κάμερας ψαριού για το SOLARBOI, δίνοντάς μας μια ωραία ευρεία θέα για να περιηγηθείτε στον κόσμο γενικότερα. Για σύνδεση πίσω στην αρχική βάση, βασίζουμε σε ένα dongle 4G, το οποίο μας δίνει το υψηλό εύρος ζώνης που χρειαζόμαστε για να στείλουμε εντολές στο ρομπότ και να λάβουμε πίσω βίντεο.

Η ηλιακή ενέργεια είναι το κλειδί για την αποστολή του SOLARBOI, εξ ου και το όνομα. Ένα ηλιακό πάνελ 20W είναι τοποθετημένο για να αξιοποιήσει στο έπακρο τον ήλιο, ακόμη και τις ημέρες που είναι πιο συννεφιασμένες παρά ηλιόλουστες. Χρησιμοποιείται για να φορτίζει τις μπαταρίες κατά τη διάρκεια της ημέρας, έτσι ώστε το SOLARBOI να μπορεί στη συνέχεια να οδηγεί τη νύχτα, μακριά από αδιάκριτα βλέμματα και κακόβουλους διακόπτες. Προφανώς, ακόμη και με το Pi Zero χαμηλής ισχύος που τρέχει την παράσταση, δεν μπορούμε να το αφήσουμε να λειτουργεί όλο την άλλη φορά θα εξαντλούσαμε τις μπαταρίες πολύ γρήγορα. Έτσι, το Pi πρέπει να απενεργοποιείται τις περισσότερες φορές, αλλά να ενεργοποιείται ανά τακτά χρονικά διαστήματα για να αναφέρει τη θέση του SOLARBOI και να μας επιτρέπει να συνδεθούμε και να οδηγήσουμε το ρομπότ όταν το επιθυμούμε. Για να επιτευχθεί αυτό, ένα Arduino Pro Micro τρέχει ένα ειδικό πρόγραμμα που ενεργοποιεί το SOLARBOI για τα πρώτα 5 λεπτά κάθε ώρας. Εάν συνδεθούμε στο ρομπότ από τον έλεγχο αποστολής, θα παραμείνει αναμμένο, επιτρέποντάς μας να εκτελέσουμε την αποστολή. Εάν δεν εντοπίσει σύνδεση, ενεργοποιεί το Raspberry Pi για να εξοικονομήσει ενέργεια και να αξιοποιήσει στο έπακρο την ηλιακή ενέργεια. Το GPS χρησιμοποιείται επίσης για να βεβαιωθείτε ότι ο έλεγχος αποστολής είναι πάντα ενήμερος για τη θέση του SOLARBOI. Οδηγώντας στην ύπαιθρο μέσα στη νύχτα, μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να πλοηγηθείτε μόνο με οπτικά στοιχεία. Έτσι, το GPS μας επιτρέπει να διατηρούμε μια διόρθωση στη θέση του ρομπότ και να επιτυγχάνουμε τους στόχους μας βαθιά στην περιφερειακή Αυστραλία.

Βήμα 2: Βήμα 2: Το Λογισμικό

Προφανώς, είναι όλα καλά και καλά όταν έχεις ένα rover, αλλά χρειάζεται λογισμικό για να λειτουργήσει. Το λογισμικό της SOLARBOI βρίσκεται υπό συνεχή ανάπτυξη, επιτρέποντας καλύτερες επιδόσεις και βελτιώνοντας την ευκολία χρήσης με την πάροδο του χρόνου.

Το rover χρησιμοποιεί Raspbian, το προεπιλεγμένο λειτουργικό σύστημα του Raspberry Pi Zero. Ο έλεγχος αποστολής εκτελείται σε Windows. Αυτό προκαλεί ορισμένα προβλήματα με διάφορα βοηθητικά προγράμματα Linux που πρέπει να εγκατασταθούν ειδικά στο Mission Control. Τελικά, ωστόσο, αυτή η ρύθμιση μας επέτρεψε να οδηγήσουμε πολλά επιτυχημένα χιλιόμετρα με το SOLARBOI και κάνει τη δουλειά καλά. Το βίντεο μεταδίδεται από το ρομπότ στο Mission Control μέσω Gstreamer. Είναι δύσκολο στη χρήση και δεν είναι καλά τεκμηριωμένο για αρχάριους. Ωστόσο, μας επιτρέπει να έχουμε χαμηλή καθυστέρηση ροής ήχου και βίντεο από το ρομπότ που είναι αρκετά καλή για να οδηγούμε χωρίς πάρα πολλά προβλήματα. Πραγματοποιούνται πτώσεις και υπάρχει κάποια καθυστέρηση, αλλά όταν φτιάχνετε τα πρώτα ρομπότ παγκοσμίως για να εξερευνήσετε την ύπαιθρο, αξιοποιείτε ό, τι καλύτερο έχετε! Η ροή γίνεται στο εγγενές H264 από την κάμερα Raspberry Pi, για να αποφύγετε την υπερβολική φόρτιση στο Pi Zero με την κωδικοποίηση εν κινήσει. Ο έλεγχος του ρομπότ γίνεται μέσω προσαρμοσμένου κώδικα Python, με αρχιτεκτονική διακομιστή/πελάτη. Χρησιμοποιώντας βιβλιοθήκες όπως το PiGPIO και το Servoblaster, είμαστε σε θέση να ελέγξουμε το σύστημα κίνησης του ρομπότ και άλλες λειτουργίες σε πραγματικό χρόνο. Η εγκατάσταση είναι φρικτή, χάρη στο καλά αναπτυγμένο οικοσύστημα Raspberry Pi.

Χρησιμοποιούμε μια ποικιλία βιβλιοθηκών στην Python για την εμφάνιση τηλεμετρίας στην οθόνη. Το πιο σημαντικό είναι το MatPlotLib, το οποίο σχεδιάζει τα γραφήματα της μπαταρίας μας στο Mission Control που μας επιτρέπουν να παρακολουθούμε την απόδοση του SOLARBOI κατά τη διάρκεια μιας ζωντανής αποστολής.

Βήμα 3: Βήμα 3: Τα πράγματα που μαθαίνετε μόνο στο πεδίο

Κανένα σχέδιο δεν επιβιώνει από την πρώτη επαφή με τον εχθρό, όπως λένε. Με τον ίδιο τρόπο, η SOLARBOI έχει υποστεί πολλές δοκιμές στις προσπάθειές της να μεταβεί σε ένα παλιό ντεμοντέ τηλεφωνικό κουτί βαθιά στην αγροτική Νέα Νότια Ουαλία. Αυτά είναι μαθήματα που συχνά μπορούν να μάθουν μόνο στον τομέα και αυτά που έχουμε μάθει με τον δύσκολο τρόπο. Η μυστικότητα αποτελεί πρωταρχικό μέλημα. Εάν το ρομπότ ξεχωρίζει από τον περίγυρό του, μπορεί εύκολα να βρεθεί από τους περαστικούς ενώ φορτίζεται κατά τη διάρκεια της ημέρας. Λόγω του μικρού μεγέθους και βάρους της πλατφόρμας, το SOLARBOI θα μπορούσε εύκολα να κλαπεί ή να καταστραφεί, αποτυγχάνοντας έτσι την αποστολή του. Αυτό είναι ένα ρίσκο που αναλαμβάνουμε κάθε φορά που αναπτύσσουμε στην άγρια φύση. Για να το μετριάσετε αυτό, το SOLARBOI είναι βαμμένο σε πράσινο και νωπό φινίρισμα σε μια προσπάθεια να συνδυαστεί. Η εύρεση ενός ασφαλούς χώρου για φόρτιση με άπλετο ηλιακό φως αλλά ελάχιστη ορατότητα είναι μια συνεχής πρόκληση. Παρά τα ισχυρά διαπιστευτήρια εκτός δρόμου του SOLARBOI, δεν είναι σε θέση να ξεπεράσει κάθε εμπόδιο στο μονοπάτι του. Είχαμε προβλήματα στο παρελθόν να κολλήσουμε σε βράχους ή να κολλήσουμε σε μικρά δέντρα. Τις περισσότερες φορές, αυτό οφείλεται σε μια κάμερα με κακό οπτικό πεδίο, χαμηλά επίπεδα φωτισμού τη νύχτα και μεγάλη κόπωση από την πλευρά του χειριστή. Οι αναβαθμίσεις μας σε καλύτερους προβολείς και φακούς fisheye στοχεύουν στο να αποτρέψουν αυτό το πρόβλημα στο μέλλον. Η αργή και σταθερή πρόοδος, παρά η απόλυτη ταχύτητα, είναι επίσης ένα καλό μάντρα για να αποφύγετε την πρόσκρουση σε αντικείμενα όταν οδηγείτε με καθυστέρηση βίντεο 500ms. Η απλή ανάπτυξη στη χώρα φέρνει τα δικά της προβλήματα. Αυτό σημαίνει ότι το υλικό του SOLARBOI πρέπει να είναι σε κορυφαία κατάσταση, για να μην είναι μάταιο ένα ταξίδι πολλών ωρών στην περιοχή ανάπτυξης. Αυτό μας έχει κοστίσει πολύ βενζίνη και χρόνο σε προηγούμενες αποστολές και κάτι που σκοπεύουμε να αποφύγουμε με αυστηρές δοκιμές στο μέλλον. Παρ 'όλα αυτά, είναι κάτι που πρέπει να λάβετε υπόψη όταν αναπτύσσετε ένα ρομπότ πολύ μακριά. Τέλος, οι καλές εγκαταστάσεις στο Mission Control είναι απαραίτητες. Το καφείλιο πρέπει να είναι διαθέσιμο για να διατηρείται το πλήρωμα αιχμηρό και σε εγρήγορση, καθώς και νερό για να διατηρείται η σωστή ενυδάτωση. Η σαφής και ενημερωμένη τηλεμετρία είναι επίσης χρήσιμη για τη γρήγορη διάγνωση προβλημάτων και μια ροή βίντεο χαμηλής καθυστέρησης χωρίς σταγόνα είναι η καλύτερη για ομαλή οδήγηση στην αυστραλιανή ερημιά. Αυτό επιτρέπει επίσης στον οδηγό να αξιοποιήσει στο έπακρο την ταχύτητα του SOLARBOI, όπου είναι απαραίτητο, για να αποφύγει τα διερχόμενα αυτοκίνητα, την άγρια ζωή ή τον Shackleton the Cat, τον οποίο συναντήσαμε στην Αποστολή 1. Συνολικά, το SOLARBOI έχει πολύ περισσότερα να κάνει σε μελλοντικές αποστολές και ιδανικά, θα περάσει πολλούς μήνες στο πεδίο εξερευνώντας σε μεγάλο βαθμό. Για να παρακολουθήσετε το ταξίδι του SOLARBOI, ακολουθήστε το Twitch.tv και το Youtube και απολαύστε τις παρακάτω αποστολές! Όπως πάντα, θα έρθουν περισσότερες περιπέτειες καθώς το SOLARBOI αναπτύσσεται και ταξιδεύει όλο και πιο μακριά από το σπίτι!