Φτιάξτε το δικό σας Αυτοκίνητο Αυτοκίνητο - (Αυτό το Εκπαιδευτικό Εργασία είναι σε εξέλιξη): 7 Βήματα

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

Γεια σας, Αν ρίξετε μια ματιά στο άλλο Instructable on Drive Robot With Remote USB Gamepad, αυτό το έργο είναι παρόμοιο, αλλά σε μικρότερη κλίμακα. Μπορείτε επίσης να ακολουθήσετε ή να λάβετε κάποια βοήθεια ή έμπνευση από τις λίστες αναπαραγωγής Robotics, Home-Grown Voice-Recognition ή Self-Driving Car στο Youtube.

Ξεκίνησα με το μεγάλο ρομπότ (Wallace 4), αλλά από τότε που ξεκίνησα μια τοπική ομάδα Meetup, χρειαζόμουν κάτι σε μικρότερη κλίμακα και η ομάδα ενδιαφερόταν πολύ για την όραση στον υπολογιστή.

Συνάντησα λοιπόν αυτό το μάθημα Udemy: Φτιάξτε το δικό σας αυτοκινούμενο αυτοκίνητο που μου έδωσε την ιδέα για αυτό το έργο.

Εάν ενδιαφέρεστε για το μάθημα Udemy, μπορείτε να συνεχίσετε να ελέγχετε ξανά εκεί. βγαίνει προς πώληση με τεράστια έκπτωση από καιρό σε καιρό. Σημείωση: υπάρχει το Μέρος 1 και το Μέρος 2 - πρέπει να διερευνήσετε πώς μπορείτε να πάρετε τα δύο μαθήματα ως πακέτο (με έκπτωση).

Ο σκοπός αυτού του οδηγού είναι διπλός. Πρώτον, να δώσετε κάποιους δείκτες και εναλλακτικές λύσεις σε ορισμένα τμήματα του μαθήματος (όπως τα μέρη και το υλικό). Και δεύτερον, να επεκταθώ στην πορεία.

Ο κύριος σκοπός του μαθήματος Udemy:

είναι να είναι σε θέση να οδηγήσει ένα μικρό τροχοφόρο αυτοκίνητο ρομπότ σε αυτόνομη κίνηση σε έναν μικρό δρόμο με δύο λωρίδες.

Πρέπει να αναγνωρίσει τις λωρίδες λωρίδας και όταν φτάσει στο τέλος του δρόμου.

Πρέπει να αναγνωρίσει ένα σημάδι στάσης (και να σταματήσει).

Επίσης, ένα κόκκινο και ΠΡΑΣΙΝΟ σήμα κυκλοφορίας.

Πρέπει επίσης να αναγνωρίζει και να κάνει ελιγμούς γύρω από ένα εμπόδιο (άλλο αυτοκίνητο).

Τι προσθέτει αυτό το Instructable στο μάθημα:

Οδηγήστε το μικρό αυτοκίνητο με ένα απομακρυσμένο USB Gamepad, με τον ίδιο τρόπο όπως σε αυτό το άλλο Instructable.

Δώστε μερικές εναλλακτικές λύσεις σε αυτό που παρέχει το μάθημα.

Μπορεί να μην χρειαστεί καν να αγοράσετε το μάθημα:

Αυτό το Instructable μπορεί να είναι το μόνο που χρειάζεστε για να ξεκινήσετε.

Προμήθειες

Τα βασικά (προτεινόμενα) μέρη:

Πλαίσιο ρομπότ

Τέσσερις κινητήρες

Arduino

Raspberry Pi (3, 3B+, 4)

Κάμερα (Κάμερα Web USB ή μονάδα Picamera)

Ισχύς μπαταρίας

Διακόπτες ενεργοποίησης/απενεργοποίησης

καλώδια βραχυκυκλωτήρων

υπολείμματα (πλαστικό και ίσως και μέταλλο, επίσης)

Ελέγξτε ολόκληρο το Instructable καθώς και τα βίντεο πριν επιχειρήσετε να αγοράσετε ανταλλακτικά.

Αφού έκανα αυτό το έργο, συνειδητοποιώ ότι τα ακριβή μέρη δεν είναι τόσο κρίσιμα.

Βήμα 1: Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα ανταλλακτικά…

Το σχετικό βίντεο περιγράφει μερικές λεπτομέρειες σχετικά με τα μέρη και ορισμένα ζητήματα που βρήκα.

• Κοιτάξτε γύρω για διαφορετικά πλαίσια / κινητήρες
• Οι κινητήρες θα πρέπει να έχουν κολλήσει ήδη καλώδια
• Μπορεί να θέλετε να έχετε ένα τρυπάνι και τρυπάνια, ή ένα πλαίσιο με περισσότερες οπές
• Λάβετε υπόψη ότι το βάρος είναι ένα ζήτημα. Όλα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο ελαφριά.
• Ο οδηγός κινητήρα L298 H-Bridge λειτουργεί τέλεια. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: πάρτε ένα με τα βιδωτά μπλοκ ακροδεκτών (δείτε τη φωτογραφία)
• Πιθανότατα θα θέλετε πλαστικά και μεταλλικά αξεσουάρ, το μέγεθος M3 είναι ίσως η καλύτερη επιλογή.

Οι πλαστικές προεξοχές είναι καλές για την τοποθέτηση των σανίδων στο πλαίσιο (οδηγός κινητήρα, Arduino, Raspberry, power pcb, διακόπτης on/off κ.λπ.).

Οι μεταλλικές αντιστάσεις είναι καλές για τη συναρμολόγηση του πλαισίου (δύναμη), και επίσης ιδιαίτερα όταν αναπτύσσεστε (προγραμματισμός, δοκιμές). Για ανάπτυξη, οι μεταλλικές προεξοχές μπορούν να χρησιμεύσουν ως ξυλοπόδαροι. Ακριβώς όπως εάν εργαζόσασταν σε ένα πραγματικό αυτοκίνητο, θέλετε να σηκώσετε αυτοκίνητο έτσι ώστε οι ρόδες να είναι στον αέρα και να μπορούν να κινούνται ελεύθερα. Αυτό είναι πολύ σημαντικό! Θα κάνετε λάθη και δεν θέλετε το αυτοκίνητο να απογειωθεί και να τρακάρει.

Τρυπάνι + τρυπάνια

Θέλω πραγματικά να δώσω έμφαση στη χρήση ενός τρυπανιού, αν μπορείτε, και στη χρήση αντιστάσεων αντί για κολλητική ταινία διπλής όψης. Είναι πολύ πιθανό να καταλήξετε να αφαιρείτε και να επανατοποθετείτε τις σανίδες σας κ.λπ., αρκετές φορές κατά τη διάρκεια αυτού του έργου και η χρήση της κασέτας γίνεται πολύ ακατάστατη.

Η χρήση ενός τρυπανιού καθιστά πολύ εύκολη την επανατοποθέτηση (ειδικά αν το πλαίσιο είναι πλαστικό) και φαίνεται πιο επαγγελματικό.

Βήμα 2: Τροφοδοσία του αυτοκινήτου κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης

Κατά τη γνώμη μου, ο γρηγορότερος, ευκολότερος τρόπος για να ξεκινήσετε με αυτό το έργο, είναι:

• για ανάπτυξη σκίτσων Arduino, απλώς συνδέστε το Arduino στον υπολογιστή σας μέσω USB
• για το λογισμικό Raspberry Pi, θα πρέπει να έχετε 5V USB που μπορεί να τροφοδοτήσει τουλάχιστον 3 Amps. Και θα πρέπει να έχει διακόπτη on/off. Αν δεν έχετε έναν καλό, τροφοδοτούμενο διανομέα USB συνδεδεμένο στον υπολογιστή σας, πιθανότατα δεν θα μπορείτε να τροφοδοτήσετε το Raspberry απευθείας από τον υπολογιστή σας.
• Όταν είστε έτοιμοι να δοκιμάσετε τους κινητήρες/τροχούς, το πιο εύκολο είναι (δείτε τη φωτογραφία) ένα καλό τροφοδοτικό. Ωστόσο, αυτά δεν είναι φθηνά.

Το θέμα μου με αυτήν την ενότητα είναι να πω ότι δεν θέλετε να χρησιμοποιείτε ενέργεια μπαταρίας κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης, επειδή αυτό θα επιβραδύνει σημαντικά την πρόοδό σας.

Επίσης, κάνοντας κάτι παρόμοιο με τις παραπάνω προτάσεις, δεν χρειάζεται να ανησυχείτε (ακόμα) για το πώς ακριβώς θα τροφοδοτήσετε το αυτοκίνητο. Μπορείτε να καθυστερήσετε αυτήν την απόφαση για αργότερα στο έργο.

Βήμα 3: Τροφοδοσία του αυτοκινήτου κατά την πραγματική χρήση

Εάν αποφασίσετε να ακολουθήσετε την πορεία (ή αυτό που έχω κάνει) για ισχύ 5V στη λογική, τότε να γνωρίζετε ότι δεν είναι όλες οι τροφοδοτικές μονάδες USB 5V καλές για αυτό το έργο.

Το κύριο σημείο εδώ είναι ότι χρειάζεστε 5V αλλά χρειάζεστε τουλάχιστον 3 Amps! Σκεφτείτε το με αυτόν τον τρόπο - θέλετε ένα powerbank που θα τροφοδοτεί έναν φορητό υπολογιστή (ίσως).

Αν ζείτε στις ΗΠΑ, νομίζω ότι ένας από τους καλύτερους τρόπους για να το κάνετε αυτό είναι να αγοράσετε από την Best Buy. Γιατί; Λόγω της πολιτικής επιστροφής χρημάτων 14 ημερών για επιστροφές.

Στην πραγματικότητα έπρεπε να δοκιμάσω τρεις διαφορετικές powerbanks πριν βρω ένα που θα λειτουργούσε. Τα άλλα προκαλούν το Raspberry Pi να παραπονιέται για υπο-τάση.

Είχα ξεκινήσει με το λιγότερο ακριβό powerbank και συνέχισα να δοκιμάζω το επόμενο μοντέλο (που κοστίζει περισσότερο), μέχρι που βρήκα ένα που λειτούργησε.

Πώς να τροφοδοτήσετε το Arduino

Στο μάθημα Udemy, ο συγγραφέας επέλεξε να τροφοδοτήσει το Arduino απευθείας από το powerbank (μέσω ενός προσαρμοσμένου pcb που έφτιαξε) και χρησιμοποίησε ακίδες τροφοδοσίας στο σύνδεσμο GPIO του Arduino.

Ωστόσο, επέλεξα να τροφοδοτήσω το Arduino απευθείας από το Raspberry Pi, μέσω του καλωδίου USB.

Θα πρέπει να αποφασίσετε ποιο είναι καλύτερο.

Πώς να τροφοδοτήσετε τους κινητήρες/τον οδηγό κινητήρα

Στην πορεία Udemy, ο συγγραφέας επέλεξε να τροφοδοτήσει τους κινητήρες/οδηγούς απευθείας από το powerbank 5V. Υπάρχουν δύο λόγοι αν χρησιμοποιήσετε αυτήν την προσέγγιση.

1. Όταν οι κινητήρες αρχίζουν να περιστρέφονται, τραβούν το πιο ρεύμα. Αυτό μπορεί (θα) προκαλέσει την πτώση της τάσης ισχύος κάτω από τα 5V και την επαναφορά του Raspberry.
2. Χρησιμοποιώντας μόνο 5V για να τροφοδοτήσετε τους κινητήρες σημαίνει ότι δεν παρέχετε όσο περισσότερη ενέργεια στους κινητήρες και το αυτοκίνητο θα κινηθεί πιο αργά (πιο νωθρό). Έχω δοκιμάσει τους κινητήρες (με αυτό το τροφοδοτικό) (βλέπε φωτογραφία) σε τουλάχιστον 9V. Λειτουργούν μια χαρά στα 9V.

Παρατηρήσεις σχετικά με 9V (ή περισσότερο)

Αν ρίξετε μια ματιά σε όλες τις φωτογραφίες και τα βίντεο για αυτό το Instructable, παρατηρήσατε ότι συγκέντρωσα ένα προσαρμοσμένο PCB για να δημιουργήσω τη δική μου πηγή ισχύος 9V. Έχω μάθει μερικά πράγματα στην πορεία.

Αυτή τη στιγμή χρησιμοποιώ πολλές (3) μπαταρίες 9V παράλληλα, για να τροφοδοτήσω τους κινητήρες. Έχω χρησιμοποιήσει και αλκαλικές και NiMH επαναφορτιζόμενες μπαταρίες.

Μαθησιακή εμπειρία #1: Χρειάζεται πολύς χρόνος (πολλές ώρες) για τη σωστή φόρτιση των μπαταριών NiMH 9V.

Πιθανή λύση: Επενδύστε σε φορτιστή NiMH πολλών μπαταριών. Θα πρέπει να είναι ένας «έξυπνος» φορτιστής.

Μειονέκτημα: Δεν είναι φθηνά.

Learning Experience #2: Οι μπαταρίες 9V στην πραγματικότητα αποτελούνται από πολλά μικρά εσωτερικά κελιά. Εάν ένα από αυτά τα κύτταρα πεθάνει, ολόκληρη η μπαταρία είναι άχρηστη. ΔΕΝ είχα αυτό το πρόβλημα, αλλά το διάβασα.

Μαθησιακή εμπειρία #3: Δεν έχουν όλες οι μπαταρίες 9V την ίδια τάση. Αυτό είναι σημαντικό. Επειδή όσο υψηλότερη είναι η τάση, τόσο μεγαλύτερη ταχύτητα είναι δυνατή. Ορισμένες κυψέλες μπαταρίας (και φορτιστές) είναι μόνο 8,4V. Κάποια ακόμη λιγότερο. Ορισμένα είναι 9,6V.

Learning Experience #4: Οι μπαταρίες 9V, ιδίως οι μπαταρίες NiMH, έχουν μικρό βάρος. Ενα καλό πράγμα. Ωστόσο, τα περισσότερα από αυτά παρέχουν μόνο mA ρεύματος εξόδου. Γι 'αυτό έπρεπε να τα τοποθετήσω παράλληλα. Χρειάζεστε συνολική τρέχουσα χωρητικότητα σχεδόν 2 Amps, ακόμη και για σύντομα χρονικά διαστήματα.

Μαθησιακή Εμπειρία #5: Υπάρχουν μπαταρίες 9.6V, που χρησιμοποιούνται για πράγματα όπως τα ραδιοελεγχόμενα αυτοκίνητα. Δεν έχω χρησιμοποιήσει ακόμη, αλλά πιστεύω ότι παρέχουν περισσότερο ρεύμα από ότι κάνω τις παράλληλες μπαταρίες 9V όπως έκανα. Επίσης, μπορείτε να φορτίσετε τη μονάδα. Οι συσκευασίες έρχονται σε διαφορετικά μεγέθη. Και λαμβάνεται υπόψη το βάρος. Και τότε, χρησιμοποιείτε το πακέτο για να τροφοδοτήσετε ολόκληρο το αυτοκίνητο ή μόνο τους κινητήρες; Εάν για ολόκληρο το αυτοκίνητο, θα χρειαστείτε έναν ρυθμιστή 5V για το Raspberry Pi.

Το L298 H-Bridge έχει τη δυνατότητα να εξάγει 5V για αυτόν τον σκοπό, αλλά ανησυχώ για το πόσο ρεύμα μπορεί να παράγει για το Raspberry Pi και αν θα είναι πολύ επιβαρυντικό στον πίνακα L298.

Εάν αποφασίσετε να έχετε δύο ξεχωριστές πηγές ενέργειας, τότε μπορεί να έχετε πρόβλημα βάρους (πολύ βαρύ).

Βήμα 4: Προγραμματισμός λογισμικού για οδήγηση Gamepad

Νομίζω ότι κάλυψα μεγάλο μέρος αυτής της ενότητας ήδη στο Robot Driven Via Remote USB Gamepad Instructable, οπότε δεν θα το επαναλάβω εδώ.

Οι ενότητες προγραμματισμού/λογισμικού σε αυτό το άλλο Instructable είναι απλώς προτάσεις. Νομίζω ότι κάποιος μαθαίνει περισσότερα με τη δοκιμή και το λάθος.

Βήμα 5: Προσθήκη κάμερας

Στο μάθημα Udemy, πιστεύω ότι ο συγγραφέας χρησιμοποιεί στρογγυλούς ξύλινους πείρους και ένα πιστόλι κόλλας για να κατασκευάσει έναν τρόπο ανύψωσης της κάμερας.

Θα θέλετε να ανεβάσετε την κάμερα έτσι ώστε να κοιτάζει προς τα κάτω στον δρόμο δύο λωρίδων, έτσι ώστε να αναγνωρίζει ευκολότερα τις λωρίδες.

Εκεί που ζω στις ΗΠΑ, οι ξύλινοι πείροι ήταν πολύ φθηνοί. Μπορείτε να τα αγοράσετε είτε στο Lowe's είτε στο Home Depot. Επέλεξα τετράγωνους πείρους αντί για στρογγυλούς πείρους.

Επέλεξα επίσης να φτιάξω μια πιο στιβαρή βάση για τον πύργο της κάμερας και έκανα ολόκληρο τον πύργο αφαιρούμενο από το αυτοκίνητο, ώστε να μπορώ να παίζω και να πειραματίζομαι ποια είναι η καλύτερη θέση για αυτό στο αυτοκίνητο.

Επίσης, έφτιαξα τον πύργο με την ιδέα ότι θα ξεκινήσω με μια κάμερα USB, αλλά πιθανώς αργότερα να προχωρήσω στη χρήση της μονάδας Picamera.

Μπορεί να θέλετε να επενδύσετε σε μια κάμερα τύπου fish-eye.

Αγόρασα ένα πολύ φθηνό πιστόλι θερμής κόλλας, αλλά ήθελα να ενισχύσω καλύτερα τη βάση του πύργου, οπότε διάτρησα μερικές οπές και πρόσθεσα βίδες για να συγκρατούν τα πάντα καλύτερα.

Στη συνέχεια, έδεσα τη βάση στο πλαίσιο του αυτοκινήτου.

Αν αργότερα, θέλω να μετακινήσω τα πράγματα, απλά ξεμπλοκάρω τη βάση από το πλαίσιο, ανοίγω νέες τρύπες στη νέα θέση του πλαισίου και ξαναβιδώνω τον πύργο στο πλαίσιο.

Έφερα τον κώδικα "follow-me" Python και Node.js από το μεγάλο ρομπότ (Wallace Robot 4) ως έναν τρόπο για να δοκιμάσετε τα πάντα. Δείτε τις φωτογραφίες σε αυτήν την ενότητα για τη λίστα των youtubes που δίνουν πολύ περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το "follow-me".

Όπως ανέφερα, ήταν ευκολότερο να τοποθετήσετε πρώτα μια κάμερα USB. Αργότερα μπορώ να τοποθετήσω τη μονάδα Picamera.

Βήμα 6: Αναγνώριση προσώπου - Καθορισμός θέσης

Αυτό το μέρος δεν είναι το επίκεντρο του μαθήματος Udemy, αλλά ήταν μια διασκεδαστική άσκηση.

Αν κάνετε κάποια αναζήτηση στον ιστό για "αναγνώριση προσώπου python opencv", θα βρείτε πολλά καλά παραδείγματα για το πώς να το κάνετε αυτό και όλοι ακολουθούν σχεδόν τα ίδια βήματα.

1. φορτώστε το αρχείο προσώπου "haar"
2. προετοιμάστε την κάμερα
3. ξεκινήστε ένα βρόχο όπου πιάνετε ένα πλαίσιο
4. μετατρέψτε την έγχρωμη εικόνα σε γκρι κλίμακα
5. τροφοδοτήστε το με το opencv για να το βρει πρόσωπο
6. εκκίνηση εσωτερικού βρόχου (για κάθε πρόσωπο που βρέθηκε) (στην περίπτωσή μου, προσθέτω κώδικα για αποβολή εάν υπάρχουν περισσότερα από 1 πρόσωπα)

Για το σκοπό αυτό εδώ, μόλις εντοπίσουμε ένα πρόσωπο, γνωρίζουμε τα Χ, Υ, Δ και Η του φανταστικού τετραγώνου που σκιαγραφεί το πρόσωπο.

Εάν θέλετε το ρομπότ να κινείται προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, πρέπει απλώς να λάβετε υπόψη το W. Αν το W είναι πολύ μεγάλο (πολύ κοντά), κάντε το ρομπότ να κινείται πίσω. Εάν το W είναι πολύ μικρό (πολύ μακριά), κάντε το ρομπότ να προχωρήσει.

Η κίνηση αριστερά/δεξιά είναι λίγο πιο περίπλοκη αλλά όχι τρελή. Ρίξτε μια ματιά στην εικόνα για αυτήν την ενότητα που περιγράφει λεπτομερώς τον τρόπο προσδιορισμού της θέσης του προσώπου αριστερά έναντι δεξιού.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ:

Εάν εκτελείτε οποιοδήποτε από τα παραδείγματα του OpenCV στον ιστό, όλα δείχνουν την πραγματική προβολή του τι "βλέπει" το opencv, με το πρόσωπο σκιαγραφημένο σε ένα τετράγωνο. Αν παρατηρήσετε, αυτό το τετράγωνο δεν είναι σταθερό (σταθερό), ακόμα κι αν δεν κινείστε.

Αυτές οι μεταβαλλόμενες τιμές θα προκαλούσαν το ρομπότ να βρίσκεται συνεχώς σε κίνηση, μπροστά ή πίσω, αριστερά ή δεξιά.

Έτσι, θα χρειαστεί να έχετε κάποιο είδος δέλτα τόσο προς τα εμπρός/πίσω όσο και για αριστερά/δεξιά.

Ας πάρουμε αριστερά vs δεξιά:

Μόλις υπολογίσετε αριστερά και δεξιά, τότε λάβετε τη διαφορά (δέλτα):

δέλτα = κοιλιακοί (αριστερά - δεξιά)

Πρέπει να πάρεις το απόλυτο γιατί δεν ξέρεις ποιος θα είναι ο μεγαλύτερος αριθμός.

Στη συνέχεια, προσθέτετε έναν κώδικα υπό όρους για να προσπαθήσετε να μετακινηθείτε μόνο εάν το δέλτα είναι μεγαλύτερο από το ελάχιστο.

Θα κάνατε το ίδιο για μπροστά προς τα πίσω.

Βήμα 7: Θέση προσώπου - Κινούμενο ρομπότ

Αφού καταλάβετε ότι χρειάζεστε το ρομπότ για να κινείται αριστερά ή δεξιά, μπροστά ή πίσω, πώς το κάνετε αυτό;

Δεδομένου ότι αυτό το Instructable είναι ένα έργο σε εξέλιξη, προς το παρόν, απλώς αντέγραψα τον κώδικα από το μεγάλο ρομπότ μου για να το χρησιμοποιήσω για αυτό το έργο. Ρίξτε μια ματιά στη λίστα αναπαραγωγής μου στο Robotics στο youtube, όπου αναφέρονται όλα αυτά.

Εν συντομία, έχω τον κώδικα σε επίπεδα.

Το σενάριο αναγνώρισης προσώπου Python κάνει αιτήματα http στον διακομιστή Node.js

Ο διακομιστής Node.js ακούει για http αιτήματα για οδηγίες μετακίνησης, τα μετατρέπει σε προσαρμοσμένο σειριακό πρωτόκολλο

Προσαρμοσμένο σειριακό πρωτόκολλο μεταξύ διακομιστή Node.js και Arduino

Arduino σκίτσο που κάνει τις πραγματικές εντολές για να μετακινήσετε το ρομπότ

Το μάθημα Udemy δεν το κάνει όπως παραπάνω. Αλλά επειδή ήθελα να κάνω καλή πρόοδο και να επικεντρωθώ στην πραγματική αναγνώριση εικόνας, χρησιμοποίησα ξανά τον προηγούμενο κωδικό μου προς το παρόν.