SOLARBOI: un 4G Solar Rover per explorar el món !: 3 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Des de jove, sempre m’ha agradat explorar. Al llarg dels anys, he vist moltes versions de cotxes de control remot controlats per WiFi, i semblaven prou divertits. Però vaig somiar amb anar molt més enllà, cap al món real, molt més enllà dels límits de la meva casa, del meu carrer o fins i tot del meu suburbi. Anhelava construir un robot que pogués anar molt més enllà. Per fer-ho, vaig preparar un robot equipat amb una càmera, una connexió de dades 4G i un sistema d'energia solar capaç de permetre missions durant dies, setmanes o fins i tot mesos. Ara emet regularment missions en directe a Twitch.tv i SOLARBOI fa la seva part per intentar anar més enllà del camp australià que qualsevol robot que hagi fet mai. L’objectiu de SOLARBOI és deixar-se en una ciutat rural australiana i navegar cap a la sortida, cap al camp i cap a altres destinacions. No pot rebre assistència externa en la seva missió, en cas contrari es considera que ha fallat. Ha de fer el seu camí, quilòmetre per quilòmetre, durant dies i setmanes, basant-se només en el sol per carregar i en la xarxa 4G per a la comunicació de tornada a la base. Tot i que els conceptes bàsics del projecte sonen fàcils, tirar-lo endavant és increïblement dur! Aquesta guia serveix per explicar els conceptes bàsics del funcionament de SOLARBOI i presentar idees sobre com crear una plataforma robot que pugui sobreviure a l’aire lliure durant setmanes. No és un manual pas a pas exacte sobre com crear el vostre; en canvi, és un punt de partida que podeu utilitzar per explorar les vostres pròpies construccions i dissenys.

Pas 1: Pas 1: el maquinari

Primer de tot, necessitareu un xassís per al vostre robot. Tot i que molts experimentaven amb dissenys de rover impresos en 3D, vaig optar per utilitzar una estimada joguina des de la meva infantesa. El Radio Shack RAMINATOR tenia un aspecte genial, amb pneumàtics grans, tracció a les quatre rodes i suspensió de treball fora de caixa. Tot i que està optimitzat per a la velocitat sobre el parell, vaig decidir que això funcionaria molt bé com a base del meu projecte de rover. Després d’extreure el maquinari RC de qualitat de joguina, vaig substituir el motor per un ESC raspallat per Hobbyking, mentre retirava la configuració de direcció original i el substituïa per un servo resistent. Es van instal·lar bateries de polímer de liti per donar a SOLARBOI el poder de conduir durant hores a la vegada.

Amb els mecànics fora de lloc, el comandament i el control són la següent consideració principal. Per a això, em vaig conformar amb un Raspberry Pi Zero. Dissenyat per prendre una petita quantitat d’energia, és compatible amb perifèrics USB i és perfecte per a un projecte connectat a Internet. Com a avantatge, funciona bé amb el perifèric de la càmera Raspberry Pi, clau per donar-nos una visió de l’entorn del robot quan sortim al camp. Vaig triar l’objectiu de la càmera d’ulls de peix per a SOLARBOI i ens va oferir una bona visió ampla per ajudar-nos a navegar pel món en general. Per a una connexió de tornada a la base de casa, confiem en un dongle 4G, que ens proporciona l’amplada de banda elevada que necessitem per enviar ordres al robot i rebre de nou el vídeo.

L’energia solar és la clau de la missió de SOLARBOI, d’aquí el seu nom. Hi ha instal·lat un panell solar de 20W per aprofitar al màxim el sol, fins i tot en dies més coberts que assolellats. S’utilitza per carregar les bateries durant el dia, de manera que SOLARBOI pugui conduir de nit, allunyat dels ulls indiscrets i dels intrusos maliciosos. Viouslybviament, fins i tot amb el Pi Zero de baix consum que dirigeix el programa, no el podem deixar funcionar tot el temps més, esgotaríem les bateries massa ràpidament. Per tant, el Pi ha d’estar apagat la major part del temps, però s’ha d’encendre a intervals regulars per informar de la posició de SOLARBOI i permetre’ns iniciar sessió i conduir el robot quan ho desitgem. Per aconseguir-ho, un Arduino Pro Micro executa un programa especial que activa SOLARBOI durant els primers 5 minuts de cada hora. Si accedim al robot des de Mission Control, continuarà activat, cosa que ens permetrà executar la missió. Si no detecta cap connexió, torna a alimentar el Raspberry Pi per estalviar energia i aprofitar al màxim l’energia solar disponible. També s’utilitza el GPS per assegurar-se que el Control de Missió sempre és conscient de la posició de SOLARBOI. Conduint al camp a la nit, pot ser molt difícil navegar només per indicacions visuals. Per tant, el GPS ens permet mantenir una solució a la ubicació del robot i assolir els nostres objectius a fons a Austràlia regional.

Pas 2: Pas 2: el programari

Viouslybviament, està molt bé tenir un rover, però necessita programari perquè funcioni. El programari de SOLARBOI està en constant desenvolupament, cosa que permet un millor rendiment i millora de la facilitat d’ús al llarg del temps.

El rover utilitza Raspbian, el sistema operatiu predeterminat del Raspberry Pi Zero. Mission Control s’executa a Windows. Això provoca alguns problemes amb diverses utilitats Linux que s'han d'instal·lar especialment a Mission Control. Tanmateix, en última instància, aquesta configuració ens ha permès conduir molts quilòmetres amb èxit amb SOLARBOI i fa la feina bé. El vídeo es transmet des del robot fins al Control de missió mitjançant Gstreamer. És difícil d’utilitzar i no està ben documentat per a principiants. Tot i això, ens permet tenir un flux d’àudio i vídeo de baixa latència del robot que és gairebé suficient per conduir sense massa problemes. Es produeixen abandonaments i hi ha cert retard, però quan construiu robots de primer nivell mundial per explorar el camp, feu el millor del que teniu. La transmissió es fa en H264 natiu des de la càmera Raspberry Pi, per evitar posar massa càrrega al Pi Zero mitjançant la transcodificació sobre la marxa. El control del robot es fa mitjançant codi Python personalitzat, amb una arquitectura de servidor / client. Mitjançant biblioteques com PiGPIO i Servoblaster, podem controlar fàcilment el sistema d’acció del robot i altres funcions en temps real. La instal·lació és molt senzilla, gràcies a l’ecosistema Raspberry Pi ben desenvolupat.

Utilitzem una gran varietat de biblioteques a Python per mostrar la telemetria a la pantalla. El més important és MatPlotLib, que representa els nostres gràfics de bateries a Mission Control que ens permeten controlar el rendiment de SOLARBOI durant una missió en directe.

Pas 3: Pas 3: les coses que només apreneu al camp

Cap pla sobreviu al primer contacte amb l'enemic, com es diu. De la mateixa manera, SOLARBOI ha estat sotmès a molts assajos en els seus intents de navegar cap a una antiga caixa de telèfon situada a la zona rural de Nova Gal·les del Sud. Són lliçons que sovint només es poden aprendre sobre el terreny i que hem après de la manera més difícil. La salut és una de les preocupacions principals. Si el robot destaca del seu entorn, els transeünts el poden trobar fàcilment mentre es carreguen durant el dia. A causa de la petita mida i pes de la plataforma, SOLARBOI es podria robar o destruir fàcilment, incompleix la seva missió. Aquest és un risc que assumim cada vegada que ens desplegem a la natura. Per mitigar-ho, SOLARBOI es pinta amb un acabat de color verd tèrbol en un intent de barrejar-se. Trobar un espai segur per carregar amb molta llum solar però una visibilitat mínima és un repte continu. al seu pas. En el passat, hem tingut problemes per enganxar-nos a les roques o xocar contra petits arbres. La majoria de les vegades, això passa per una càmera amb un camp de visió deficient, nivells de llum baixos a la nit i cansament extrem per part de l’operador. Les nostres actualitzacions per millorar els fars i les lents de ull de peix pretenen evitar aquest problema en el futur. El progrés lent i constant, en lloc de la velocitat absoluta, també és un bon mantra per viure per evitar xocar contra objectes quan conduïu amb un retard de vídeo de 500 ms. El desplegament senzill al país comporta els seus propis problemes. Vol dir que el maquinari de SOLARBOI ha d'estar en forma de punta, perquè no sigui en va un viatge de moltes hores fins a la zona de desplegament. Això ens ha costat molta gasolina i molt de temps en les missions anteriors, cosa que pretenem evitar amb proves rigoroses en el futur. Tot i això, cal tenir en compte a l’hora de desplegar un robot molt lluny. Finalment, cal tenir bones instal·lacions a Mission Control. Cal tenir cafè per mantenir la tripulació aguda i alerta, així com aigua per mantenir una hidratació adequada. Una telemetria clara i actualitzada també és útil per diagnosticar ràpidament els problemes, i un feed de vídeo de baixa latència lliure d’abandonaments és el millor per conduir sense problemes al desert australià. Això també permet al conductor aprofitar al màxim la velocitat de SOLARBOI, quan sigui necessari., per esquivar els cotxes que passen, la vida salvatge o el gat Shackleton, que vam conèixer a la missió 1. En general, SOLARBOI té molt més per anar en futures missions i, idealment, passarà molts mesos al camp explorant tot arreu. Per seguir el viatge de SOLARBOI, seguiu a Twitch.tv i Youtube i gaudiu de les missions següents. Com sempre, hi haurà més aventures per venir, ja que SOLARBOI es desenvolupa i viatja cada vegada més lluny de casa!