سیستم نظارت بر حیوانات خانگی دارای آردوینو و تمشک پای: 19 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

اخیراً در تعطیلات ، متوجه عدم ارتباط با حیوان خانگی خود بیگل شدیم. پس از انجام برخی تحقیقات ، ما محصولاتی را پیدا کردیم که دارای یک دوربین استاتیک بودند که به فرد اجازه می داد حیوان خانگی خود را تحت نظر داشته و با آن ارتباط برقرار کند. این سیستم ها دارای مزایای خاصی بودند اما از تنوع کافی برخوردار نبودند. به عنوان مثال ، هر اتاق به واحدی نیاز داشت تا حیوان خانگی شما را در سراسر خانه ردیابی کند.

بنابراین ما یک ربات قوی ایجاد کردیم که می تواند در خانه مانور دهد و با استفاده از قدرت اینترنت اشیاء حیوان خانگی خود را زیر نظر بگیرد. یک برنامه تلفن هوشمند برای تعامل با حیوان خانگی شما از طریق یک ویدئو زنده طراحی شده است. شاسی این ربات به صورت دیجیتالی ساخته شده است زیرا چندین قسمت با استفاده از چاپ سه بعدی و برش لیزری ایجاد شده است. سرانجام ، ما تصمیم گرفتیم یک ویژگی پاداش اضافه کنیم که برای پاداش به حیوان خانگی شما غذاهای لذیذ ارائه می دهد.

برای ایجاد سیستم نظارت بر حیوانات خانگی خود ادامه دهید و حتی ممکن است آن را برای نیازهای خود سفارشی کنید. برای مشاهده نحوه واکنش حیوان خانگی ما و درک بهتر این ربات ، ویدیوی پیوند شده را مشاهده کنید. اگر پروژه را دوست داشتید در "مسابقه روباتیک" رأی دهید.

مرحله 1: نمای کلی طرح

برای مفهوم سازی ربات نظارت بر حیوانات خانگی ، ابتدا آن را روی فیوژن 360 طراحی کردیم. در اینجا برخی از ویژگی های آن آمده است:

ربات را می توان از طریق یک برنامه از طریق اینترنت کنترل کرد. این به کاربر اجازه می دهد از هر کجا به ربات متصل شود

یک دوربین داخلی که از طریق ویدئو به تلفن هوشمند پخش می شود ، می تواند به کاربر کمک کند تا در خانه حرکت کرده و با حیوان خانگی ارتباط برقرار کند

یک کاسه افزودنی که می تواند از راه دور به حیوان خانگی شما پاداش دهد

قطعات ساخته شده دیجیتالی که به شما امکان می دهد ربات خود را سفارشی کنید

رزبری پای برای اتصال به اینترنت استفاده می شود زیرا دارای حالت wifi داخلی است

برای فرمان دادن به موتورهای پله ای از آردوینو به همراه سپر CNC استفاده شد

مرحله 2: مواد مورد نیاز

در اینجا لیستی از تمام اجزای مورد نیاز برای ساخت ربات نظارت بر حیوانات خانگی خود با Arduino و Raspberry Pi وجود دارد. همه قطعات باید به طور معمول در دسترس باشند و به راحتی پیدا شوند.

الکترونیک:

• آردوینو Uno x 1
• رزبری پای (با آخرین raspbian فلش شده است) x 1
• CNC Shield x 1
• A4988 Stepper Motor Driver x 2
• Picamera x 1
• سنسور فاصله فراصوت x 1
• باتری Lipo 11.1v x 1
• موتور پله ای NEMA 17 x 2
• 5 ولت UBEC x 1

سخت افزار:

• چرخ x 2 (قطر چرخ هایی که استفاده کردیم 7 سانتی متر بود)
• چرخ های کرچک x 2
• پیچ و مهره M4 و M3

هزینه کل این پروژه بدون احتساب آردوینو و رزبری پای حدود 50 دلار است.

مرحله 3: قطعات ساخته شده دیجیتالی

برخی از قطعاتی که در این پروژه استفاده کردیم باید سفارشی ساخته شوند. این مدل ها ابتدا در Fusion 360 مدل سازی شده و سپس با استفاده از چاپگر سه بعدی و برش لیزری ساخته شدند. قطعات چاپ شده سه بعدی بار زیادی را تحمل نمی کنند بنابراین PLA استاندارد با 20٪ پر کردن عالی کار می کند. در زیر لیستی از تمام قطعات چاپ سه بعدی و برش لیزری آمده است:

قطعات چاپ سه بعدی:

• نگهدارنده استپر x 2
• Vision System Mount x 1
• حالت تعلیق الکترونیک x 4
• فاصله عمودی x 4
• تقویت شاسی x 2
• درمان کاسه درب x 1
• درمان کاسه x 1
• سوپر پله عقب x 1
• دیسک سیم پیچ x 1

قطعات برش لیزری:

• پانل پایین x 1
• پنل بالا x 1

یک پوشه فشرده حاوی تمام STL ها و فایل های برش لیزری را می توانید در زیر پیوست کنید.

مرحله 4: اتصال استپر موتور

پس از پرینت سه بعدی تمام قطعات ، مونتاژ را با نصب موتور پله ای در نگهدارنده پله شروع کنید. نگهدارنده موتور پله ای که طراحی کردیم برای مدل NEMA 17 در نظر گرفته شده است (در صورت استفاده از پله های مختلف ، به سوار متفاوتی نیاز است). شفت موتور را از سوراخ عبور داده و با پیچ های نصب موتور را در جای خود محکم کنید. پس از اتمام کار ، هر دو موتور باید محکم در دست نگهدارنده ها نگه داشته شوند.

مرحله 5: نصب استپرها به پانل پایین

برای نصب نگهدارنده ها به پانل پایین برش لیزری از پیچ و مهره M4 استفاده کردیم. قبل از اینکه آنها را با مهره ها محکم کنید ، نوارهای تقویت کننده شاسی با چاپ سه بعدی را اضافه کنید و سپس مهره ها را محکم کنید. از نوارها برای توزیع بار به طور مساوی بر روی صفحه اکریلیک استفاده می شود.

در نهایت ، سیم ها را از شکاف های مربوطه که روی پنل ارائه شده است ، عبور دهید. اطمینان حاصل کنید که آنها را تا انتها بکشید تا از گیر افتادن آنها در چرخ ها جلوگیری شود.

مرحله 6: نصب چرخ ها

پانل آکریلیک دارای دو قسمت است که برای چرخ ها مناسب است. چرخ هایی که ما استفاده کردیم دارای قطر 7 سانتیمتر بودند و دارای پیچ های متصل به شفت های پله ای 5 میلی متری بودند. اطمینان حاصل کنید که چرخ به درستی محکم شده است و روی محور نمی لغزد.

مرحله 7: چرخ های کرستور جلو و عقب

برای اینکه شاسی بتواند بدون مشکل حرکت کند ، تصمیم گرفتیم که چرخ های کاستور را در جلو و عقب ربات قرار دهیم. این امر نه تنها مانع از واژگونی روبات می شود ، بلکه باعث می شود شاسی آزادانه در هر جهتی بچرخد. چرخ های کاستر در همه اندازه ها عرضه می شوند ، مخصوصاً چرخ های ما دارای یک پیچ متحرک است که ما آن را روی پایه نصب کرده ایم و از فاصله گیرهای چاپ سه بعدی برای تنظیم ارتفاع به طوری که روبات کاملاً افقی است ، استفاده کرده ایم. با این کار پایه شاسی کامل شده و از ثبات خوبی برخوردار است.

مرحله 8: الکترونیک

هنگامی که پایه شاسی به طور کامل مونتاژ شد ، نوبت به نصب قطعات الکترونیکی بر روی صفحه اکریلیک می رسد. ما سوراخ هایی در صفحه آکریلیک ایجاد کرده ایم که با سوراخ های نصب آردوینو و رزبری پای هماهنگ است. با استفاده از استندهای چاپ سه بعدی ، ما قطعات الکترونیکی را کمی بالاتر از پانل های اکریلیک قرار دادیم تا همه سیم کشی های اضافی را بتوان به زیبایی در زیر آن قرار داد. آردوینو و رزبری پای را با استفاده از پیچ و مهره M3 در محل نصب مربوطه نصب کنید. پس از ثابت شدن آردوینو ، محافظ CNC را به آردوینو وصل کنید و سیم های پله ای را در پیکربندی زیر وصل کنید.

• پله چپ به پورت محور X محافظ CNC
• پله راست به پورت محور Y محافظ CNC

با اتصال موتورهای پله ای ، آردوینو را با استفاده از کابل USB آردوینو به رزبری پای وصل کنید. سرانجام رزبری پای و آردوینو قصد دارند از طریق این کابل ارتباط برقرار کنند.

توجه: قسمت جلوی ربات سمت Raspberry Pi است

مرحله 9: سیستم بینایی

ورودی اصلی محیط برای ربات نظارت بر حیوانات ما بینایی است. ما تصمیم گرفتیم از Picamera که با رزبری پای سازگار است برای پخش مستقیم جریان از طریق اینترنت به کاربر استفاده کنیم. ما همچنین از یک سنسور فاصله مافوق صوت برای جلوگیری از موانع در هنگام کار خودکار ربات استفاده کردیم. هر دو سنسور به کمک پیچ به یک نگهدارنده متصل می شوند.

Picamera در پورت مشخص شده خود در Raspberry Pi قرار می گیرد و سنسور اولتراسونیک را به روش زیر متصل می کند:

• سنسور التراسونیک VCC به ریل 5 ولت روی سپر CNC
• سنسور اولتراسونیک GND به GND راه آهن روی سپر CNC
• سنسور اولتراسونیک TRIG به پین متوقف کننده X+ روی سپر CNC
• سنسور اولتراسونیک ECHO به Y+ پین انتهای توقف در سپر CNC

مرحله 10: مونتاژ پنل بالا

در قسمت پشتی روبات ، سیستم بازکردن درب کاسه درمان نصب شده است. مینی استپر موتور را به قسمت نگهدارنده عقب وصل کرده و هر دو سیستم بینایی و سیستم سیم پیچ را با پیچ و مهره M3 به قسمت بالایی نصب کنید. همانطور که گفته شد مطمئن شوید که سیستم بینایی را در جلو و سیستم سیم پیچ را در پشت با دو سوراخ ارائه شده نصب کنید.

مرحله 11: مجمع پنل بالا

ما فاصله گیرهای عمودی را به صورت سه بعدی چاپ کردیم تا از پنل بالایی در ارتفاع مناسب پشتیبانی کنیم. با اتصال چهار فاصله به پانل پایین شروع کنید تا یک "X" ایجاد شود. سپس قسمت بالایی را با کاسه قرار دهید و مطمئن شوید که سوراخ های آنها هم تراز شده و در نهایت آن را به فاصله دهنده ها نیز محکم کنید.

مرحله 12: مکانیسم باز کردن درب

برای کنترل درب ظرف کاسه ، از یک موتور پله کوچکتر برای پیچاندن سیم نایلونی متصل به درب استفاده کردیم و آن را باز کردیم. قبل از چسباندن درب ، رشته را از سوراخ 2 میلی متری درب عبور دهید و در قسمت داخلی یک گره ایجاد کنید. سپس انتهای دیگر ریسمان را ببرید و آن را از سوراخ هایی که روی دیسک سیم پیچ وجود دارد بکشید. دیسک را روی استپر فشار دهید و سپس رشته را بکشید تا محکم شود. پس از اتمام کار ، مقدار اضافی را بکشید و گره بزنید. در نهایت با استفاده از پیچ و مهره ، درب ظرف را به کاسه وصل کرده و مطمئن شوید که چرخانده است. در حال چرخش استپر ، سیم باید روی دیسک بپیچد و درب آن به تدریج باز می شود.

مرحله 13: راه اندازی پایگاه داده ابری

اولین قدم ایجاد یک پایگاه داده برای سیستم است تا بتوانید از برنامه تلفن همراه خود از هر نقطه جهان با ربات ارتباط برقرار کنید. روی پیوند زیر (Google firebase) کلیک کنید ، که شما را به وب سایت Firebase هدایت می کند (باید با حساب Google خود وارد شوید). روی دکمه "شروع به کار" کلیک کنید تا شما را به کنسول firebase منتقل کند. سپس با کلیک روی دکمه "افزودن پروژه" یک پروژه جدید ایجاد کنید ، الزامات (نام ، جزئیات و غیره) را تکمیل کرده و با کلیک روی دکمه "ایجاد پروژه" تکمیل کنید.

ما فقط به ابزارهای پایگاه داده Firebase نیاز داریم ، بنابراین "پایگاه داده" را از منوی سمت چپ انتخاب کنید. سپس بر روی دکمه "ایجاد پایگاه داده" کلیک کنید ، گزینه "حالت آزمایش" را انتخاب کنید. در مرحله بعد با کلیک روی منوی کشویی در بالا ، پایگاه داده را به عنوان "پایگاه داده در زمان واقعی" به جای "cloud firerestore" تنظیم کنید. برگه "قوانین" را انتخاب کنید و دو "نادرست" را به "واقعی" تغییر دهید ، در نهایت روی برگه "داده" کلیک کنید و آدرس پایگاه داده را کپی کنید ، بعداً به این مورد نیاز خواهید داشت.

آخرین کاری که باید انجام دهید این است که روی نماد چرخ دنده در کنار نمای کلی پروژه کلیک کنید ، سپس روی "تنظیمات پروژه" ، سپس برگه "حسابهای خدمات" را انتخاب کنید ، در نهایت روی "اسرار پایگاه داده" کلیک کرده و امنیت را یادداشت کنید. کد پایگاه داده شما با انجام این مرحله ، شما با موفقیت پایگاه داده ابری خود را ایجاد کرده اید که می توانید از تلفن هوشمند خود و از Raspberry Pi به آن دسترسی داشته باشید. (در صورت وجود هرگونه شک و تردید از تصاویر پیوست شده در بالا استفاده کنید یا فقط یک سوال در قسمت نظرات بگذارید)

مرحله 14: ایجاد برنامه تلفن همراه

قسمت بعدی سیستم اینترنت اشیا ، برنامه تلفن های هوشمند است. ما تصمیم گرفتیم از MIT App Inventor برای ایجاد برنامه سفارشی خود استفاده کنیم. برای استفاده از برنامه ای که ایجاد کردیم ابتدا پیوند زیر (MIT App Inventor) را باز کنید ، که شما را به صفحه وب آنها هدایت می کند. سپس روی "ایجاد برنامه" در بالای صفحه کلیک کنید ، سپس با حساب Google خود وارد شوید.

فایل.aia را که در زیر پیوند شده است بارگیری کنید. برگه "projects" را باز کرده و بر روی "Import project (.aia) from my computer" کلیک کنید و سپس فایلی را که بارگیری کرده اید انتخاب کرده و روی "ok" کلیک کنید. در پنجره اجزاء ، تا انتها حرکت کنید تا "FirebaseDB1" را مشاهده کنید ، روی آن کلیک کنید و "FirebaseToken" ، "FirebaseURL" را به مقادیری که در مرحله قبل یادداشت داشته اید تغییر دهید. پس از اتمام این مراحل ، آماده بارگیری و نصب برنامه هستید. با کلیک روی برگه "ساخت" و کلیک روی "برنامه (ارائه کد QR برای.apk)" و سپس اسکن کد QR با تلفن هوشمند خود یا کلیک روی "برنامه (ذخیره.apk در رایانه من) می توانید برنامه را مستقیماً بر روی تلفن خود بارگیری کنید.) "شما فایل apk را روی رایانه خود بارگیری می کنید که می توانید آن را به تلفن هوشمند خود منتقل کنید.

مرحله 15: برنامه نویسی رزبری پای

Raspberry Pi به دو دلیل اصلی مورد استفاده قرار می گیرد.

1. این یک جریان ویدئویی زنده را از روبات به یک سرور وب منتقل می کند. با استفاده از برنامه تلفن همراه ، کاربر می تواند این جریان را مشاهده کند.
2. این دستورات به روز شده در پایگاه داده firebase را می خواند و به Arduino دستور می دهد تا کارهای مورد نیاز را انجام دهد.

برای راه اندازی Raspberry Pi به صورت زنده ، یک آموزش دقیق در حال حاضر وجود دارد و می توانید آن را در اینجا پیدا کنید. دستورالعمل ها به سه دستور ساده خلاصه می شوند. رزبری پای را روشن کرده و ترمینال را باز کرده و دستورات زیر را وارد کنید.

• git clone
• cd RPi_Cam_Web_Interface
• ./install.sh

پس از اتمام نصب ، Pi را مجدداً راه اندازی کنید و باید با جستجوی https:// آدرس IP Pi خود در هر مرورگر وب ، به جریان دسترسی داشته باشید.

با راه اندازی جریان مستقیم ، باید کتابخانه های خاصی را بارگیری و نصب کنید تا بتوانید از پایگاه داده ابر استفاده کنید. یک پایانه روی Pi خود باز کنید و دستورات زیر را وارد کنید:

• درخواست های نصب sudo pip == 1.1.0
• sudo pip نصب python-firebase

در نهایت ، فایل پایتون ضمیمه شده زیر را بارگیری کرده و آن را در رزبری پای خود ذخیره کنید. در خط چهارم کد ، پورت COM را به پورتی که آردوینو به آن متصل است تغییر دهید. در مرحله بعد ، نشانی اینترنتی خط 8 را به آدرس Firebase که قبلاً در آن یادداشت کرده اید ، تغییر دهید. در نهایت ، برنامه را از طریق ترمینال اجرا کنید. این برنامه دستورات را از پایگاه داده ابری دریافت کرده و از طریق اتصال سریال به Arduino منتقل می کند.

مرحله 16: برنامه نویسی آردوینو

Arduino برای تفسیر دستورات Pi استفاده می شود و به محرک های ربات دستور می دهد تا کارهای مورد نیاز را انجام دهند. کد آردوینو ضمیمه شده زیر را بارگیری کرده و آن را بر روی آردوینو بارگذاری کنید. پس از برنامه ریزی Arduino ، آن را با استفاده از کابل USB اختصاصی به یکی از پورت های USB Pi وصل کنید.

مرحله 17: تغذیه سیستم

این ربات از باتری لیپو 3 سلولی تغذیه می شود. پایانه های باتری باید به دو قسمت تقسیم شوند ، جایی که یکی مستقیماً به محافظ CNC می رود تا موتورها را تغذیه کند ، در حالی که دیگری به 5V UBEC وصل می شود ، که یک خط برق ثابت 5 ولت ایجاد می کند که برای تغذیه رزبری پای از طریق آن استفاده می شود. پین های GPIO 5v از UBEC به پین 5v رزبری پای و GND از UBEC به پین GND در Pi متصل است.

مرحله 18: استفاده از برنامه

رابط کاربری برنامه به شخص اجازه می دهد تا ربات نظارت کننده را کنترل کرده و همچنین از دوربین روی صفحه نمایش یک جریان زنده پخش کند. برای اتصال به ربات خود مطمئن شوید که اتصال اینترنت پایداری دارید و سپس به سادگی آدرس IP رزبری پای را در کادر ارائه شده وارد کرده و دکمه به روز رسانی را کلیک کنید. پس از انجام این کار ، فید زنده روی صفحه شما ظاهر می شود و باید بتوانید عملکردهای مختلف ربات را کنترل کنید.

مرحله 19: آماده آزمایش

اکنون که ربات نظارت بر حیوان خانگی شما کاملاً مونتاژ شده است ، می توانید کاسه را با غذاهای سگ پر کنید. برنامه را باز کنید ، دوربین را وصل کنید و از آن لذت ببرید! ما در حال حاضر با مریخ نورد و بیگل خود بازی می کنیم و لحظات بسیار خنده داری را ثبت کرده ایم.

هنگامی که سگ بر ترس اولیه از این جسم متحرک غلبه کرد ، در حال تعقیب ربات در خانه برای پذیرایی بود. دوربین داخلی یک زاویه دید خوب از محیط اطراف ارائه می دهد که مانور آن را بسیار آسان می کند.

برای بهبود عملکرد در دنیای واقعی ، جایی برای بهبود وجود دارد. با این اوصاف ، ما یک سیستم قوی ایجاد کرده ایم که می توان بر اساس آن سیستم بیشتری توسعه داد. اگر از این پروژه خوشتان آمد در "مسابقه رباتیک" به ما رأی دهید

ساخت خوشحالم!

جایزه دوم مسابقه رباتیک