ربات دورانداز مدارهای Snap: 9 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

تعطیلات در سال 2020 کمی متفاوت است. خانواده من در سراسر کشور پراکنده شده اند و به دلیل همه گیری نمی توانیم برای تعطیلات دور هم جمع شویم. من می خواستم راهی داشته باشم که پدربزرگ و مادربزرگ احساس کنند در جشن شکرگزاری ما حضور دارند. یک ربات telepresence مانند Double 3 عالی خواهد بود ، با این تفاوت که 4000 دلار هزینه دارد. من فکر می کردم آیا می توانم چیزی مشابه را با پول بسیار کمتری بسازم.

Snap Circuits® RC Snap Rover® یک مریخ نورد کنترل از راه دور با وسایل الکترونیکی است که برای تغییر و آزمایش طراحی شده است. این اندازه مناسب برای قرار دادن ربات telepresence است ، و من تصور کردم که احتمالاً می توانم آن را سیم کشی کنم تا از طریق وب کنترل شود.

اگر بتوانم یک تبلت روی مریخ نورد نصب کنم ، یک ربات telepresence دارم که به پدربزرگ و مادربزرگ اجازه می دهد در جشن ما شرکت کنند! آنها می توانند به تنهایی در خانه حرکت کنند و با افراد مختلف ارتباط برقرار کنند ، به جای اینکه در یک مکان گیر کرده باشند. این تازگی همچنین ممکن است آنها - و بچه های من - را بیشتر از یک تماس ویدیویی معمولی علاقه مند کند.

من ربات را شب قبل از روز شکرگزاری کار کردم و این ضربه بزرگی بود!

با وسایل الکترونیکی بدون قفسه و کمی نجاری سبک ، شما نیز می توانید یک ربات telepresence بسازید. لحیم کاری لازم نیست!

تدارکات:

سخت افزار

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  توجه: Snap Rover 'Deluxe' از قطعات مشابه استفاده نمی کند و با این راهنما کار نمی کند. اگر Deluxe Snap Rover دارید ، باید یک IC کنترل موتور جداگانه خریداری کنید

• اتصال دهنده های Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W یا دستگاه دیگری با GPIO های قابل برنامه ریزی که قادر به اجرای NodeJS هستند
• قاب مخصوص رزبری پای (اختیاری)
• سربرگ های چکش GPIO (زن)
• کارت حافظه microSD (4 گیگابایت یا بیشتر)
• باتری USB و کابل Micro-USB برای تغذیه Pi
• iPad یا رایانه لوحی/تلفن دیگر

• متفرقه چوب:

  • رولپلاک چوبی 1 "x 48" ، به ارتفاع دلخواه بریده شده است
  • 2x4 ، تقریبا طول 10"
  • 2 قطعه قالب 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 قطعه 1x1 یا ضایعات مشابه ، تقریبا. 3 اینچ طول
• جعبه مقوایی کوچک به عنوان نگهدارنده iPad
• بند توری نایلونی ، تقریبا. 6 '

نرم افزار

• در مریخ نورد:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (تست شده با نسخه غیر رسمی 14.15.1 armv6 بر روی Pi Zero W)
  • نرم افزار کنترل از راه دور pi-rover

• روی تبلت:

  Facetime ، Zoom یا سایر نرم افزارهای ویدیو کنفرانس

• روی رایانه شخصی شما:

  یک سرویس گیرنده ssh (داخلی Mac + Linux ؛ از چیزی مانند PuTTY برای Windows استفاده کنید)

ابزارها

• مته را با یک بیت بیچ 1 اینچ انجام دهید
• چسب حرارتی تفنگی
• چکش
• اره
• نوار اندازه گیری / خط کش

برای کاربر (پدربزرگ و مادربزرگ و غیره)

پدربزرگ ، یا هر کسی که از مریخ نورد استفاده می کند ، به موارد زیر نیاز دارد:

یک رایانه با نرم افزار کنفرانس ویدیویی (FaceTime ، Zoom و غیره) و یک مرورگر وب

یا

تبلت/تلفن با قابلیت تقسیم صفحه و نرم افزار کنفرانس ویدیویی

یا

• 2 دستگاه:

  • تلفن ، رایانه لوحی یا دستگاه دیگری با نرم افزار کنفرانس ویدیویی و
  • دستگاه دوم با مرورگر وب که می تواند برای کنترل مرورگر در حالی که از دستگاه اول برای فیلمبرداری استفاده می شود استفاده شود

مرحله 1: انتخاب سخت افزار

برای کنترل مریخ نورد از اینترنت به یک کامپیوتر کوچک نیاز داشتم که بتواند مریخ نورد را کنترل کند و به عنوان یک وب سرور عمل کند تا پدربزرگ و مادربزرگ بتوانند به مریخ نورد دسترسی داشته باشند. Raspberry Pi Zero W کاملاً مناسب است. این کوچک است ، دارای Wi-Fi است و قدرت CPU زیادی برای اجرای یک وب سرور کوچک دارد. علاوه بر این تنها 10 دلار است ، که تقریباً ارزان تر از سایر گزینه های سرگرمی دیگر است. لوازم جانبی Pi + خود را از افراد عالی در Adafruit دریافت کردم.

مرحله 2: آماده سازی Pi: Header ها

خط اسباب بازی های آموزشی Snap Circuits مانند آجر LEGO® برای لوازم الکترونیکی است. آنها به شما اجازه می دهند مدارها را بدون لحیم کاری سیم کشی کنید ، و نسبتاً ضد کودک هستند. بردهای الکترونیکی سرگرمی (مانند Raspberry Pi) روشهای مختلفی را برای سیم کشی ارائه می دهند ، اما هیچ یک از آنها با مدارهای Snap سازگار نیستند.

برای رفع این مشکل ، یک سرصفحه در Pi نصب می کنیم ، سپس از سیم های بلوز مخصوص "Snap to Pin" استفاده می کنیم تا Pi را به مریخ نورد بدون اتصال لحیم متصل کنیم.

هدرهای چکش زن را با استفاده از دستورالعمل نصب (با برچسب "برای pHATs") در Pi نصب کنید. استفاده از سرصفحه های زن مهم است. اینها به ما امکان می دهد سیم های بلوز را وصل کنیم.

مرحله 3: آماده سازی نرم افزار Pi:

Raspberry Pi نرم افزار خود را از کارت MicroSD بارگیری می کند. ما یک سیستم عامل نصب می کنیم ، سپس Pi را بوت می کنیم و چند ابزار دیگر به همراه نرم افزار کنترل مریخ نورد را نصب می کنیم.

1. از نرم افزار Raspberry Pi Imager در رایانه خود برای بارگیری و نصب Raspberry Pi OS Lite (32 بیتی) در کارت SD استفاده کنید.
2. از این آموزش برای تنظیم Pi در حالت "بدون سر" ، بدون استفاده از صفحه کلید یا صفحه استفاده کنید. با این کار Pi اولین بار راه اندازی می شود.
3. پروتکل Secure Shell (ssh) را در Pi با استفاده از مراحل 3+4 از این آموزش در SSH فعال کنید. می توانید قسمت مربوط به راه اندازی "Forwarding X" را نادیده بگیرید. با این کار می توانید پس از آنلاین شدن Pi وارد سیستم شوید.
4. کارت SD را به Pi منتقل کرده و pi را بوت کنید. من از باتری USB برای تأمین برق استفاده کردم ، اما برای این مرحله می توانید از آداپتور برق یا کابل Micro-USB برای تغذیه آن از رایانه خود استفاده کنید.
5. آدرس IP Pi را پیدا کنید. شما باید به Pi متصل شوید و بعداً مریخ نورد را کنترل کنید.

6. از رایانه خود وارد Pi شوید. بخش "تنظیم مشتری خود" در آموزش SSH دارای دستورالعمل های دقیق است. اکنون باید وارد Pi شوید:

   ssh pi@

7. نرم افزار کنترل از راه دور از ابزاری به نام NodeJS استفاده می کند. برای نصب NodeJS روی Pi ، دستورات زیر را روی SSH اجرا کنید:

   wget

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

8. اکنون باید NodeJS را روی Pi نصب کنید. برای آزمایش آن ، اجرا کنید

   گره -v پس از چند ثانیه باید نسخه NodeJS ، مانند یک ، را خروجی دهد

   v14.15.1

9. در مرحله بعد نرم افزار کنترل مریخ نورد را نصب می کنیم که pi-rover نام دارد. این کار چند دقیقه طول می کشد:

   sudo apt-get git install

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

10. نرم افزار سرور را روی Pi اجرا کنید:

    گره index.js

    اگر همه چیز خوب پیش رفت ، باید بتوانید از طریق مرورگر وب روی رایانه خود به Pi به پورت 8080 در آدرس IP Pi دسترسی پیدا کنید. برای مثال اگر آدرس IP Pi شما 192.168.1.123 است ، به آدرس https://192.168.1.123:8080 بروید.

11. نرم افزار سرور را با Ctrl-C ترک کنید.

12. برای اجرای سرور در هنگام راه اندازی Pi ، فایل سرویس سیستم را نصب کنید:

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

    sudo systemctl pi-rover.service را فعال کنید

13. پس از آزمایش و کار نرم افزار ، آن را خاموش کنید تا بتوانیم Pi را در مریخ نورد نصب کنیم:

    خاموش کردن sudo -h در حال حاضر

توجه: اگر قصد دارید به سایر افراد خارج از شبکه خانگی خود دسترسی داشته باشید (مانند پدربزرگ ، که در روز شکرگزاری در خانه خود است) ، باید روتر خود را پیکربندی کنید تا از آدرس IP عمومی شما به آدرس پی برای انجام این کار از راهنمای حمل و نقل پورت برای پشتیبانی استفاده کنید.

مرحله 4: مخابراتی را سیم کشی کنید

اسنپ روور دارای دستورالعمل هایی برای سیم کشی کنترل از راه دور است که همراه با کیت مریخ نورد است. ما اینها را برای جایگزینی قطعه گیرنده رادیویی با Pi مناسب می کنیم.

دفترچه راهنمای مریخ نورد شامل تعدادی مدار است. با شماره 1 ("Night Rover") شروع کنید و همه چیز را در سمت چپ ستون 6 پاره کنید. این IC کنترل موتور ، (4) مقاومتهای 1kΩ در ورودی های IC کنترل موتور ، کلید کشویی ، و سیم هایی که به سمت مریخ نورد می روند.

مرحله 5: Pi را به مریخ نورد وصل کنید

اگر موردی برای Pi دارید اما هنوز آن را نصب نکرده اید ، همین حالا این کار را انجام دهید.

کانکتور 40 پین در Pi عملکرد زیادی را نشان می دهد. ما برای اتصال Pi به مریخ نورد از چندین پین I/O عمومی (GPIO) استفاده می کنیم. مهم است که این را دقیقاً همانطور که در اینجا نشان داده شده است سیم بندی کنید. سیم کشی آن به اشتباه باعث آسیب رساندن به Pi یا مریخ نورد می شود.

1. پین های Pi شماره 40-1 دارند. ارزش دارد که pinout را مرور کنید تا نحوه چیدمان آنها را بفهمید.

2. از اتصالات Snap-to-Pin برای اتصال 4 GPIO زیر به مقاومتهای ورودی IC کنترل موتور استفاده کنید:

   1. پین 11 (GPIO 17) را به مقاومت LF وصل کنید
   2. پین 12 (GPIO 18) را به مقاومت LB وصل کنید
   3. پین 13 (GPIO 27) را به مقاومت روی RF وصل کنید
   4. پین 15 (GPIO 22) را به مقاومت روی RB وصل کنید
   5. از یک اتصال دهنده دیگر Snap-to-Pin برای اتصال یک پایه زمین (پین 14) از Pi به زمین (-) در مریخ نورد استفاده کنید. اگرچه ما 2 منبع تغذیه جداگانه داریم (مریخ نورد از 9V استفاده می کند و Pi از 5V از باتری USB استفاده می کند) ، اما دو طرف از نظر الکتریکی متصل هستند و برای کارکرد مدار به یک نقطه مشترک نیاز داریم.

مرحله 6: پایه تبلت را بسازید

نصب تبلت نیاز به متعادل کردن چندین نیاز رقیب دارد:

• قرص باید به اندازه کافی در هوا باشد که بتواند با کودکان ایستاده و بزرگسالان تعامل داشته باشد.
• مریخ نورد باید به اندازه کافی پایدار باشد تا هنگام رانندگی دچار واژگونی نشود.
• تبلت باید تا حد امکان نزدیک به مرکز مریخ نورد نصب شود تا ثبات و تجربه ای روان در هنگام رانندگی ایجاد شود.
• قسمت بالای مریخ نورد به گونه ای طراحی نشده است که مدارهای Snap به آن متصل شده باشد ، و راهی عالی برای قرار دادن بار بر روی آن بدون خطر آسیب دیدن قطعات وجود ندارد.

قسمت 1: ساختن پل ها

قسمت بالای مریخ نورد یک شبکه پلاستیکی با ضربه هایی است که برای ایمن سازی قطعات الکترونیکی طراحی شده است. قرار دادن بار مستقیم بر روی شبکه پایدار نخواهد بود و می تواند به شبکه آسیب برساند. من تصمیم گرفتم نوعی پل روی پایه با تکیه گاه هایی که بین برآمدگی های شبکه قرار دارد و یک رولپلاک بالای پل نصب کنم. من از بند نایلونی برای محکم کردن پل پل + رولپلاک روی بدنه مریخ نورد استفاده کردم.

1. یک طول 2x4 را در حدود 10 اینچ برش دهید ؛ طول آن باید بیشتر از عرض مریخ نورد باشد تا به ما اجازه دهد آن را با خیال راحت به مریخ نورد بچسبانیم.
2. یک جفت قطعه 8 اینچی را از نوارهای قالب گیری 1/4 اینچی برش دهید. اینها به تثبیت پایه قرص و جلوگیری از حرکت آن به جلو و عقب کمک می کند.
3. نوارهای قالب را به 2x4 بچسبانید. نوارها باید طوری فاصله داشته باشند که در شیارهای شبکه ، بین برآمدگی ها (حدود 5 اینچ از یکدیگر فاصله داشته باشند) قرار بگیرند.
4. یک جفت قطعه 3 اینچی از 1x1 ببرید و آنها را به گوشه هایی که نوارهای قالب با 2x4 متصل می شوند بچسبانید. هدف در اینجا جلوگیری از جدا شدن نوارهای قالب از 2x4 تحت فشار جانبی است.
5. برای سوراخ کردن رولپلاک در بالای 2x4 از تپه 1 اینچی استفاده کنید. نیازی نیست که سوراخ تا 2x4 تمام شود ؛ حدود 1/8 اینچ چوب را دست نخورده در انتهای سوراخ بگذارید. برای حمایت از رولپلاک سوراخ باید به سمت یک لبه 2x4 جابجا شود ، تا جایی برای بند نایلونی در طرف دیگر باقی بماند. رولپلاک را به سوراخ بچسبانید ، مطمئن شوید که عمودی است.

توجه: یک رولپلاک کوچکتر می تواند کار کند. من قطر 1 اینچ را انتخاب کردم تا مطمئن شوم آنقدر محکم است که بتواند نوسانات را خنثی کند. شما نمی خواهید پدربزرگ را در حین رانندگی دلسرد کنید!

قسمت 2: دارنده قرص

من برای اتصال تبلت به بالای رولپلاک به یک روش سبک و در عین حال محکم نیاز داشتم. خود تبلت باید تا حد امکان نزدیک به رولپلاک نگه داشته شود تا وزن آن به عنوان اهرمی که سعی می کند مریخ نورد را به سمت عقب برگرداند عمل نکند. پس از بررسی مختصر ساختن یک جعبه از چوب سبک مانند چوب باس ، من روش کم هزینه ای را برای برش یک جعبه مقوایی با اندازه مناسب انتخاب کردم. من یک جعبه پیدا کردم که ابعادی در حدود 10 "x 12" x 1 "داشت. یک سر آن را ببرید تا رایانه لوحی به داخل بچرخد ، و یک طرف آن یک سوراخ مستطیلی را برش دهید تا صفحه تبلت قابل مشاهده باشد. برای محکم نگه داشتن جا قرص از چسب حرارتی استفاده کنید. به بالای رولپلاک

مرحله 7: بستن

باید پایه تبلت را به مریخ نورد وصل کنیم. مریخ نورد برای این کار طراحی نشده است و هیچ گزینه مناسب برای نصب وجود ندارد. من تصمیم گرفتم که سوار را با استفاده از یک بند نایلونی بلند که در هر دو محور (نه محور!) مریخ نورد پیچیده شده است ، محکم کنم. این مانع از کج شدن سوار به جلو ، عقب یا هر دو طرف می شود. مطمئن شوید که بند به هیچ یک از اجزای برقی فشار وارد نمی کند و مطمئن شوید که محکم کشیده شده و محکم شده است تا شل نشود.

مرحله 8: شروع به عاشق شدن کنید

پس از اتصال پایه تبلت به مریخ نورد ، رزبری پای و مریخ نورد را روشن کنید. هنگامی که Pi آنلاین است ، وارد رابط وب (به عنوان مثال https://192.168.1.123) و "درخواست کنترل" شوید. اکنون باید بتوانید در اطراف رانندگی کنید! فقط یک نفر در هر زمان می تواند مریخ نورد را رانندگی کند ، بنابراین قبل از تلاش شخص دیگری ، کنترل کنترل مریخ نورد را کنار بگذارید.

دستورالعمل برای پدربزرگ و مادربزرگ

پس از آنلاین شدن مریخ نورد ، در FaceTime با پدربزرگ (یا مادربزرگ!) تماس بگیرید. پس از دریافت ، از آنها بخواهید یک مرورگر وب را باز کرده و به آدرس IP عمومی شما مراجعه کنند. بسته به نوع تلفن/رایانه لوحی/رایانه ای که استفاده می کنند ، ممکن است مجبور شوند به حالت "تقسیم صفحه" بروند یا از دستگاه دوم استفاده کنند.

پس از بارگیری صفحه وب ، باید رابط کنترل مریخ نورد را مشاهده کنید. از آنها بخواهید کنترل را درخواست کنند. حالا آنها می توانند با بقیه اعضای خانواده طوری ارتباط برقرار کنند که انگار آنجا هستند!

مرحله 9: پیشرفت های آینده

این طرح کامل نیست برخی از بهبودهای احتمالی:

• تثبیت کننده ها برای مریخ نورد به گونه ای که هنگام برخورد با کودک ، حیوان خانگی و غیره به سرعت واژگون نشود.
• راهی برای جلوگیری از برخورد مریخ نورد به چیزها (راننده نمی تواند به پایین نگاه کند!)
• ظرافت بیشتر در کنترل نرم افزار pi-rover. در حال حاضر آنها سخت افزاری را برای چیزی که به اندازه کافی خوب برای ما کار می کرد ، کدگذاری کردند.
• ابزار ویدئو کنفرانس را در صفحه وب قرار دهید تا مادربزرگ برای استفاده از مریخ نورد به 2 دستگاه نیاز نداشته باشد