Robot de telepresència Snap Circuits: 9 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Les vacances del 2020 són una mica diferents. La meva família està repartida per tot el país i, a causa de la pandèmia, no podem reunir-nos per vacances. Volia una manera de fer que els avis se sentissin inclosos en la nostra celebració d’acció de gràcies. Un robot de telepresència com el Double 3 seria perfecte, excepte que costa 4.000 dòlars. Em vaig preguntar si podia construir alguna cosa similar per molts menys diners.

El Snap Circuits® RC Snap Rover® és un rover controlat a distància amb components electrònics dissenyats per al canvi i l’experimentació. Té la mida adequada per ser la base d’un robot de telepresència i vaig pensar que probablement podria connectar-lo per controlar-lo des de la xarxa.

Si pogués muntar una tauleta al rover, tindria un robot de telepresència que deixaria que els avis participessin en la nostra celebració. Podrien moure’s per la casa tot sols i interactuar amb diferents persones, en lloc d’estar atrapats en un sol lloc. La novetat també pot mantenir-los i els meus fills més interessats que una videotrucada normal.

Vaig aconseguir que el robot funcionés la nit anterior a Acció de gràcies i va ser un gran èxit!

Amb l’electrònica a la venda i una mica de fusteria lleugera, també podeu construir un robot de telepresència. No cal soldar.

Subministraments:

Maquinari

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Nota: Snap Rover "Deluxe" no utilitza les mateixes parts i no funcionarà amb aquesta guia. Si teniu el Deluxe Snap Rover, haureu de comprar un CI de control de motor independent

• Connectors Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W o un altre dispositiu amb GPIO programables capaços d'executar NodeJS
• Funda per al Raspberry Pi (opcional)
• Capçaleres de martell GPIO (femení)
• Targeta MicroSD (4 GB o més)
• Bateria USB i cable micro-USB per alimentar el Pi
• iPad o una altra tauleta / telèfon

• Misc. fusta:

  • Pas de fusta d'1 "x 48", tallat a l'alçada desitjada
  • 2x4, aprox. 10 "de llarg
  • 2 peces de motllura de 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 peces de ferralla 1x1 o similar, aprox. 3 "de llarg
• Capsa de cartró petita que serveix de suport per a l'iPad
• Corretja de nylon, aprox. 6 '

Programari

• Al rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (provat amb la versió no oficial 14.15.1 armv6 en un Pi Zero W)
  • programari de control remot pi-rover

• A la tauleta:

  Facetime, Zoom o un altre programari de videoconferència

• Al vostre PC:

  Un client ssh (integrat a Mac + Linux; utilitzeu alguna cosa com PuTTY per a Windows)

Eines

• Trepant amb una broca de 1"
• Pistola de cola calenta
• Martell
• va veure
• Cinta mètrica / regla

Per a l'usuari (avis, etc.)

L'avi, o qui estigui operant el rover, necessitarà el següent:

Un PC amb programari de videoconferència (FaceTime, Zoom, etc.) i un navegador web

O

Una tauleta / telèfon amb capacitat de pantalla dividida i programari de videoconferència

O

• 2 dispositius:

  • Un telèfon, tauleta o un altre dispositiu amb programari de videoconferència i
  • Un segon dispositiu amb navegador web que es pot utilitzar per controlar el navegador mentre s’utilitza el primer dispositiu per a vídeo

Pas 1: Selecció de maquinari

Per controlar el rover des d'Internet, necessitava un petit ordinador que pogués controlar el rover i actuar com a servidor web perquè un avi pogués accedir al rover. El Raspberry Pi Zero W s’adapta perfectament. És petit, té Wi-Fi i té molta potència en la CPU per executar un petit servidor web. A més, només és de 10 dòlars, que és menys costós que pràcticament la resta d’opcions d’aficionats. Vaig aconseguir els meus accessoris Pi + de la gent excel·lent d’Adafruit.

Pas 2: Preparació del Pi: capçaleres

La línia de joguines educatives Snap Circuits és com els maons LEGO® per a electrònica. Us permeten connectar circuits sense soldar i són relativament a prova de nens. Les plaques electròniques aficionades (com el Raspberry Pi) ofereixen diverses maneres de connectar les coses, però cap d’elles és compatible amb Snap Circuits.

Per solucionar-ho, instal·larem una capçalera al Pi i, a continuació, utilitzarem cables de pont especial "Ajusta a Pin" per connectar el Pi al rover sense soldar.

Instal·leu les capçaleres de martell femella al Pi mitjançant les instruccions d'instal·lació (etiquetades com a "per pHATs"). És important utilitzar les capçaleres femenines; aquests ens permeten connectar els cables del pont.

Pas 3: Preparació del Pi: programari

El Raspberry Pi carrega el seu programari des d’una targeta MicroSD. Instal·larem un sistema operatiu, després arrencarem el Pi i instal·larem un parell d’eines més el programari de control del rover.

1. Utilitzeu el programari Raspberry Pi Imager al vostre PC per descarregar i instal·lar Raspberry Pi OS Lite (32 bits) a la targeta SD.
2. Utilitzeu aquest tutorial per configurar el Pi en mode "sense cap", sense utilitzar un teclat ni una pantalla. Això farà que el Pi surti a la xarxa Wi-Fi quan arrenci per primera vegada.
3. Activeu el protocol Secure Shell (ssh) al Pi seguint els passos 3 + 4 d'aquest tutorial a SSH. Podeu ignorar la part sobre la configuració de "Reenviament X". Això us permetrà iniciar sessió al Pi una vegada que estigui en línia.
4. Mou la targeta SD al Pi i arrenca el pi. He utilitzat una bateria USB per subministrar energia, però per a aquest pas també podeu utilitzar un adaptador d’alimentació o un cable Micro-USB per alimentar-la des del vostre PC.
5. Cerqueu l'adreça IP del Pi. Haureu de connectar-vos al Pi i, més endavant, controlar el rover.

6. Inicieu la sessió al Pi des del vostre PC. La secció "Configura el vostre client" del tutorial SSH conté instruccions detallades. Ara hauríeu d'iniciar la sessió al Pi:

   ssh pi @

7. El programari de control remot utilitza una eina anomenada NodeJS. Per instal·lar NodeJS al Pi, executeu les ordres següents a través de SSH:

   wget

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

8. Ara hauríeu de tenir NodeJS instal·lat al Pi. Per provar-ho, executeu

   node -v Al cap d'uns segons hauria de publicar la versió de NodeJS, com ara

   v14.15.1

9. A continuació, instal·larem el programari de control del rover, anomenat pi-rover. Això trigarà uns quants minuts:

   sudo apt-get install git

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

10. Executeu el programari de servidor al Pi:

    node index.js

    Si tot va bé, hauríeu de poder accedir al Pi mitjançant un navegador web del vostre PC navegant fins al port 8080 de l’adreça IP del Pi. Per exemple, si l'adreça IP del vostre Pi és 192.168.1.123, aneu a

11. Sortiu del programari del servidor amb Ctrl-C.

12. Per executar el servidor sempre que s'iniciï el Pi, instal·leu el fitxer de servei del sistema:

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

    sudo systemctl habilita pi-rover.service

13. Un cop provat i funcionant el programari, apagueu-lo per poder instal·lar el Pi al rover:

    sudo shutdown -h ara

Nota: si heu de donar accés a altres persones fora de la vostra xarxa domèstica (com l’avi, que és a casa seva aquest Acció de gràcies), haureu de configurar l’encaminador per enviar trànsit des de la vostra adreça IP pública a Pi. Utilitzeu una guia de reenviament de ports per obtenir assistència per fer-ho.

Pas 4: connecteu el Rover

El Snap Rover inclou instruccions per connectar el comandament a distància que inclou el kit rover. Els adaptarem per substituir el component del receptor de ràdio pel Pi.

El manual del rover inclou diversos circuits. Comenceu amb el número 1 (el "Night Rover") i arrossegueu-ho tot a l'esquerra de la columna 6. Això deixa en lloc el CI de control del motor, les resistències (4) 1kΩ de les entrades del CI de control del motor, el commutador lliscant, i els cables que van al rover.

Pas 5: connecteu el Pi al Rover

Si teniu una funda per al Pi però encara no l’heu instal·lat, feu-ho ara.

El connector de 40 pins del Pi exposa una gran quantitat de funcionalitats. Utilitzarem diversos pins d'E / S d'ús general (GPIO) per connectar el Pi al rover. És important connectar-ho exactament com es mostra aquí; cablejar-lo incorrectament corre el risc de danyar el Pi o el rover.

1. Els pins del Pi tenen el número 1-40. Val la pena revisar el pinout per entendre com es distribueixen.

2. Utilitzeu els connectors Snap-to-Pin per connectar els 4 GPIO següents a les resistències de les entrades de l’IC de control del motor:

   1. Pin 11 (GPIO 17) a la resistència de LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) a la resistència de LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) a la resistència de RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) a la resistència de RB
   5. Utilitzeu un connector Snap-to-Pin més per connectar un pin de terra (pin 14) del Pi a terra (-) del rover. Tot i que tenim dues fonts d’alimentació separades (el rover utilitza 9V i el Pi utilitza 5V de la bateria USB), les dues cares estan connectades elèctricament i necessitem una terra comuna perquè el circuit funcioni.

Pas 6: Creeu el suport de la tauleta

El muntatge de la tauleta requereix equilibrar diverses necessitats de la competència:

• La tauleta ha d’estar prou alta a l’aire perquè pugui interactuar amb nens i adults de peu.
• El rover ha de ser prou estable per evitar bolcar-se en conduir.
• La tauleta s’ha de muntar el més a prop possible del centre del motor per proporcionar estabilitat i una experiència suau durant la conducció.
• La part superior del rover no està dissenyada per tenir-hi una altra cosa que Snap Circuits, i no hi ha una manera excel·lent de col·locar-hi una càrrega sense arriscar els components.

Part 1: Construir ponts

La part superior del rover és una quadrícula de plàstic amb cops dissenyats per assegurar els components electrònics. Col·locar una càrrega directament a la xarxa no seria estable i podria danyar-la. Vaig optar per construir una mena de pont sobre la base amb suports que se situessin entre els ressalts de la quadrícula i un tac muntat a la part superior del pont. Vaig utilitzar una corretja de niló per fixar el conjunt pont + tac al cos del rover.

1. Tallar un 2x4 a uns 10 "de llarg; hauria de ser més llarg que el rover és ample, per permetre'ns fixar-lo amb seguretat al rover.
2. Talleu un parell de trossos de 8 "de les tires de motlle de 1/4". Això ajudarà a estabilitzar el suport de la tauleta i evitarà que es balancegi cap endavant i cap enrere.
3. Enganxeu les tires de modelat al 2x4. Les tires s’han d’espaiar de manera que s’adaptin a les ranures de la quadrícula, entre els cops (uns 5 "separats). Les tires s’han de muntar de manera que la part inferior del 2x4 quedi a sobre de l’electrònica.
4. Talleu un parell de peces de 3 "de l'1x1 i enganxeu-les a les cantonades on les tires de motlle es troben amb el 2x4. L'objectiu aquí és evitar que les tires de motlle es trenquin del 2x4 sota pressió lateral.
5. Utilitzeu la punta de pala de 1 "per perforar un forat per a la clavilla a la part superior del 2x4. El forat no necessita recórrer tot el 2x4; deixeu intacte 1/8" de fusta al fons del forat per recolzar la clavilla. El forat s'ha de desplaçar cap a una vora del 2x4, per deixar espai a la corretja de niló a l'altre costat. Enganxeu la clavilla al forat i assegureu-vos que sigui vertical.

Nota: podria funcionar una clavilla més petita. Vaig triar un diàmetre d'1 per assegurar-me que fos prou rígid per esmorteir les oscil·lacions. No voleu que l'avi s'enfosi mentre condueix!

Part 2: Suport per a tauletes

Necessitava una manera lleugera però sòlida d’adherir la tauleta a la part superior del tac. La pròpia tauleta s’ha de mantenir el més a prop possible de la clavilla perquè el seu pes no actuï com una palanca que intenta bolcar el rover. Després de considerar breument la possibilitat de construir una caixa amb fusta lleugera com el tàbre, vaig optar per l’enfocament de poc esforç de tallar una caixa de cartró de la mida adequada. Vaig trobar una caixa que feia uns 10 "x 12" x 1 ". Tallar un extrem perquè la tauleta hi pugui lliscar i tallar una obertura rectangular per un costat perquè la pantalla de la tauleta sigui visible. Feu servir cola calenta per fixar el suport de la tauleta. fins a la part superior de la clavilla.

Pas 7: feu la corretja

Hem de connectar el suport de la tauleta al rover. El rover no està dissenyat per a això i no hi ha opcions de muntatge convenients. Vaig optar per assegurar la muntura mitjançant una llarga corretja de niló envoltada pels dos eixos (no pels eixos!) Del rover. Això evita que la muntura s'inclini cap endavant, cap enrere o cap a cap costat. Assegureu-vos que la corretja no exerceixi pressió sobre cap dels components elèctrics i assegureu-vos que estigui ben ajustada i fixada perquè no es pugui desprendre.

Pas 8: Comenceu a viatjar

Un cop fixat el suport de la tauleta al rover, engegueu el Raspberry Pi i el rover. Un cop el Pi estigui en línia, inicieu sessió a la interfície web (per exemple, https://192.168.1.123) i a "Sol·licita control". Ara hauríeu de poder conduir! Només una persona a la vegada pot conduir el rover, així que assegureu-vos de renunciar al control del rover abans de provar algú altre.

Instruccions per als avis

Un cop el rover estigui en línia, truca a l’avi (o àvia!) A FaceTime. Un cop ho facin, obriu un navegador web i aneu a la vostra adreça IP pública. En funció del telèfon / tauleta / ordinador que facin servir, és possible que hagin d'anar al mode de "pantalla dividida" o utilitzar un segon dispositiu.

Un cop carregada la pàgina web, haurien de veure la interfície de control del rover. Feu que sol·licitin control. Ara poden interactuar amb la resta de la família com si hi fossin.

Pas 9: millores futures

Aquest disseny no és perfecte. Algunes possibles millores:

• Estabilitzadors per al rover perquè no es capgiri tan aviat quan el xoca un nen, una mascota, etc.
• Una manera d’evitar que el rover topi amb les coses (el conductor no pot mirar cap avall!)
• Més finor en els controls del programari pi-rover. Ara mateix estan codificats per a una cosa que ens ha funcionat prou bé.
• Inseriu l'eina de videoconferència a la pàgina web perquè l'àvia no necessiti 2 dispositius per utilitzar el rover