Pocket Spy-Robot: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Avorrit durant el bloqueig? Voleu explorar el regne fosc sota el sofà de la sala d’estar? Aleshores, el robot espia de butxaca és per a vosaltres. Amb només 25 mm d’alçada, aquest petit robot és capaç d’aventurar-se en llocs massa petits per a la gent, i retroalimenta tot el que veu a través d’una còmoda aplicació de telèfon.

Requisits:

Experiència de nivell mitjà en electrònica

Coneixements bàsics de python i raspberry pi

Una gran quantitat de temps

Subministraments

Parts:

• Raspberry pi Zero W (no WH, ja que no farem servir les capçaleres proporcionades)
• Càmera Raspberry pi
• Targeta SD per al Pi (8 GB o més és millor)
• 2x 18650 piles i suport (ja que el circuit de càrrega no està integrat en un carregador també acostuma a ajudar-vos).
• 2 motors de 300 rpm 6V micro engranatges
• Controlador de motor L293D
• LM7805 Regulador de tensió
• Condensador de 22μF
• Condensador de 10μF
• Preses i endolls de capçalera SIL de 2,54 mm (2 seccions de 8 x cadascun)
• Pins de capçalera angular de 2,54 mm de 90 graus
• 10x M3 x 8mm cargols avellanats
• 4x perns avellanats M3 x 12mm
• 14x femelles de nylock M3
• Kit de connectors Dupont (es pot prescindir, però facilita la vida)
• Vareta d'alumini o d'acer de 5 mm x 80 mm
• Assortiment de cables
• Tauler de soldadura

Eines:

• Soldador i soldador
• Conjunt de fitxers
• Diversos tornavisos
• Ganivet artesanal d'algun tipus
• Superglue
• Talladors de filferro
• Decapants de filferro
• Joc de broca i broca elèctrica (s’utilitzaran 3 mm i 5 mm per netejar els forats de la impressió)
• Impressora 3D (tot i que es pot fer que les parts s'imprimeixin i us enviïn qualsevol de molts d'aquests serveis)
• Mini serra mecànica
• Multímetre
• Cinta elèctrica

Pas 1: construcció del xassís

Em vaig adonar força aviat que, tot i que la cinta adhesiva és increïble, probablement no s’hauria d’utilitzar per fabricar un xassís resistent, de manera que la impressió 3D va ser la següent opció òbvia (en algun moment en retiraré aquesta tan aviat com Les parts estan dissenyades per enganxar-se amb les seccions d’enclavament que es veuen a les fotos anteriors, ja que faig servir una impressora Elegoo Mars, que produeix impressions boniques, però malauradament té una placa de construcció força petita. És aquí on entren els fitxers i la superglua; les vores etiquetades més amunt hauran de ser arxivades fins que s’adaptin perfectament a les ranures de la següent peça. Vaig trobar que, com que les impressores 3D no són perfectes, aquesta és la millor manera d’obtenir un ajust perfecte. Així, un cop feta la presentació, enganxeu les parts. (No només els dits, ja que n’he après massa vegades). Enganxar les peces recomano col·locar-les sobre una superfície plana per assegurar-se que queden rectes. (Pesar-los pot ajudar-hi)

Un parell de forats necessitaran perforar-se amb una broca de 5 mm (etiquetada a la cinquena imatge), això s’ha de fer de forma increïble o amb l’ús d’un fitxer circular per minimitzar el risc de trencar la peça. Per facilitar el muntatge més endavant, tots els forats de 3 mm del xassís s'han de perforar amb una broca de 3 mm per assegurar que els parabolts encaixin bé. A més, a la base del xassís hi ha una sèrie de retalls hexagonals perquè hi puguin cabre els panys, val la pena utilitzar un petit fitxer per eixamplar-los si les femelles no hi caben fàcilment. Vaig trobar que era molt millor dissenyar-lo a la mida exacta i, a continuació, treure el material allà on calgués, ja que resultaria el millor ajust.

Parts per imprimir:

• Xassís1.stl
• Xassís2.stl
• Xassís3.stl
• Xassís4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Roda1.stl
• 2x Wheel2.stl
• top.stl

Pas 2: el circuit

Com que tot el punt del projecte està sent compacte, el circuit per alimentar el propi pi i els motors està integrat en una sola placa que es troba a la part superior del pi similar a un HAT, connectant-se mitjançant ranures en capçaleres soldades al GPIO. Com que els motors són bastant petits i no requereixen molta intensitat, he utilitzat un controlador de motor de pont H doble L293D per alimentar-los, ja que el GPIO del Pi es pot danyar si s’utilitza per accionar motors (CEM posterior i, a més, de sobrecorrent). El pont H doble utilitza un conjunt de transistors NPN i PNP, de manera que si els transistors Q1 i Q4 s’alimenten i permeten passar el corrent, el motor gira cap endavant. Si Q2 i Q3 s’alimenten, el corrent circula pel motor en la direcció oposada i el fa girar cap enrere. Això significa que el motor es pot girar en ambdues direccions sense l'ús de relés o altres components i ens permet alimentar el motor per separat a la pi en lloc de treure'l.

El LM7805 proporciona al pi alimentació mitjançant el pin GPIO de 5v, però no s’ha d’utilitzar per alimentar el L293D, ja que el pi pot requerir gairebé tota la sortida 1A del 7805, de manera que és millor no arriscar-se a fondre’l.

Seguretat:

Si el circuit es construeix de manera incorrecta i se li proporcionen més de 5v al pi, o es posa a través d'un altre pin, el pi es danyarà irreparablement. Més important encara, el circuit s’ha de comprovar i provar a fons si hi ha curtcircuits, sobretot a través de les entrades de la bateria, ja que els LiPo tenen tendència a causar problemes, * tos *, explosions quan es produeix un curtcircuit, probablement hauríeu d’evitar-ho. Vaig trobar la millor manera de provar-ho: provar el circuit connectant un bloc de 4 piles AA a l’entrada i mesurant el voltatge de sortida amb un multímetre. De totes maneres, s’han acabat les coses de seguretat, fem soldadures!

La placa s'hauria de construir segons el diagrama del circuit anterior i en una configuració similar al meu circuit, ja que aquest disseny s'adapta perfectament al pi i encara no ha explotat el LiPos (els dits creuats). És important que se segueixi l’ordre següent, ja que els cables s’encaminaran a prop o per sobre d’altres cables i pins, aquest ordre significa que aquests cables es fan darrerament per evitar curtmetratges. En soldar els passadors de capçalera, és important col·locar-los en una secció de recanvi de la capçalera per assegurar-se que no es mouen quan s’escalfa.

Passos:

1. Talleu el tauler a mida i arxiveu la vora tallada (la meva fa servir 11 files per 20 files i té lletres i números útilment per codificar-les). Donaré les posicions dels pins al tauler amb aquest sistema de coordenades per facilitar la vida. Com que el tauler és de dues cares, em referiré al costat orientat cap al pi com el costat "B" i el costat allunyat del pi com el costat "A".
2. Soldeu el L293D i el LM7805 al seu lloc, el passador superior esquerre L293D resideix al costat B a la posició C11. El LM7805 necessitarà que els seus pins de sortida es plegin de manera que la part posterior metàl·lica del xip quedi plana contra el tauler, el pin esquerre hauria d’estar a la posició P8.
3. Soldeu els passadors de capçalera al lloc; primer heu d’empènyer el costat més curt dels passadors a través del bloc negre fins que quedin plans contra la part superior d’aquest bloc. S’han d’empènyer des del costat A amb l’angle inferior dret al forat T1 i soldar-los des del costat B tal com es mostra i es documenta a les imatges anteriors. Quan ho hàgiu fet, talleu suaument els blocs negres i introduïu les dues files de pins a les capçaleres corresponents que encara no s'haurien de soldar al pi, per assegurar-vos que els pins no es moguin en soldar-los.
4. A continuació, soldeu els passadors del motor i de la bateria, 4 d’amplada per al motor i 2 d’amplada per a la bateria. Els passadors de la bateria s'han de col·locar a les ranures J4 i K4 del costat B, i els passadors del motor entre L2 i O2 al costat B.
5. Els dos condensadors necessiten soldar-se ara, tots dos des del costat B. L’ànode (pota positiva) del condensador de 22μF hauria d’estar a la ranura P10 del costat B i s’ha de soldar a P8 amb la secció restant de la pota, abans de retallar-ne qualsevol. El càtode (pota negativa) s’ha de col·locar per la ranura P11 i doblegar-lo com es veu a la imatge per connectar-lo amb P7 (el càtode del 7805). L’ànode del condensador 10μF s’ha de col·locar a la ranura P4 i la cama soldada al pin P9, el càtode s’ha de posar a la ranura P3 i s’ha de connectar a P7 de la mateixa manera que l’altre condensador.
6. Els cables de connexió haurien d’agafar els camins que es veuen a les imatges anteriors, de manera que per estalviar temps de lectura he compilat una llista dels pins que haurien d’estar connectats per aquests, en ordre i amb els laterals especificats, el costat especificat és el costat que la part aïllada del cable resideix. Les coordenades es formataran de manera que la primera lletra signifiqui costat, seguit de la coordenada. Per exemple, si hagués de connectar un pin L293D a una sortida, no es podria fer servir el mateix forat que fa servir el pin, de manera que seria el forat adjacent, el pin al qual es connecta el cable es col·locarà a banda i banda dels forats per on passen. Això semblaria B: A1-A2 a G4-H4 amb el fil que travessa els forats A2 i G4. Nota: a les meves fotos, la cara A no té lletres, suposem que seria d'esquerra a dreta.
7. Com que ja teniu el soldador, ara és un bon moment per soldar els cables del motor i la bateria, us recomanaria uns 15 cm per als cables del motor, que s’han de soldar horitzontalment a la placa posterior del motor per estalviar espai, a sobre hi ha una foto. Els connectors són necessaris a l’altre extrem dels cables del motor; recomanaria posar-hi una petita quantitat de soldadura després de la premsa per garantir una connexió sòlida. El fil vermell d’un portabateria s’ha de soldar al fil negre de l’altre deixant uns 4cm entre els dos; els altres dos cables necessiten uns 10cm cadascun, però en lloc d’això necessiten un connector que s’enganxi a l’extrem per connectar-se a la placa.

Cablejat:

1. B: C4-B4 a F11-G11
2. B: C9-B9 a O1-O2
3. B: G11-H11 a K5-K4
4. B: F9-G9 a M1-M2
5. B: F8-G8 a I4-J4
6. B: F6-G6 a L1-L2
7. B: K4-L4 a O10-P10
8. B: F7-H7 a N7-O7
9. En un costat, tots els cables estan soldats a aquest costat, no es passen cables, de manera que només calen 2 coordenades.
10. A: O4 a O2
11. A: O5 a N2
12. A: O10 a M2
13. A: O7 a P2
14. A: R4 a Q2
15. A: Els pins de terra O7, O8, R7 i R8 haurien d'estar connectats.
16. A: E7 a K4
17. A: O1 a R10
18. A: M1 a R11
19. A: E4 a T1
20. A: G2 a R6

Recomanaria comprovar-ho amb el diagrama de circuits anterior per assegurar un cablejat correcte abans de provar. La prova del circuit s’ha de fer amb un conjunt de diversos metres per provar la connectivitat, els pins que s’haurien de comprovar són els següents, però si ja teniu competència en electrònica, proveu tot el que pugueu. Per comprovar: els pins d'entrada de la bateria, els pins del motor, tots els pins de la capçalera del pi, i l'entrada i sortida 7805 contra terra.

Pas 3: Configuració del Pi

En aquest tutorial suposo que el vostre pi ja està configurat amb una imatge i està connectat a Internet; si configureu el pi per primera vegada, us suggerim que utilitzeu la següent guia del seu lloc web per instal·lar la imatge:

www.raspberrypi.org/downloads/

Vaig trobar que la vida es fa molt més fàcil si es pot treballar amb el pi mentre encara es troba dins del robot, però com que el port HDMI es bloqueja amb un punt de separació, l’escriptori remot és el següent millor. Això és bastant fàcil de configurar mitjançant un paquet anomenat xrdp i el protocol RDP de Microsoft (integrat a Windows, de manera que no hi ha cap problema en aquest sentit).

Per configurar xrdp, primer assegureu-vos que el vostre pi estigui actualitzat executant les ordres 'sudo apt-get update' i 'sudo apt-get upgrade'. A continuació, executeu l'ordre 'hostname -I', que hauria de retornar l'adreça IP local del pi i ja ho esteu. Feu clic a la tecla Windows de l'ordinador i obriu un programa anomenat "Connexió d'escriptori remot" i, a continuació, introduïu l'adreça IP del vostre pi al camp Ordinador, seguit del nom d'usuari "pi" si no ho heu canviat, premeu Intro i una connexió s’establirà amb el pi.

El primer paquet que necessiteu és per a la càmera, ja que aquesta no és la meva àrea d’especialització. He afegit un enllaç a la guia oficial, que funcionava perfectament per a mi.

projects.raspberrypi.org/en/projects/getti…

Un cop heu seguit aquesta guia i heu instal·lat el programari anterior, esteu preparats per passar al següent pas.

Pas 4: el codi

Primer de tot, amb el codi, la programació és lluny de la meva part preferida de la robòtica, de manera que, tot i que el programa és completament funcional, l’estructura, sens dubte, no és perfecta, de manera que si hi noteu algun problema, agrairia molt els comentaris.

Baixeu el fitxer python adjunt al vostre pi i col·loqueu-lo a la carpeta Documents i obriu un terminal per començar a configurar l'execució automàtica. Per assegurar-vos que no necessiteu fer servir l'escriptori remot al pi cada vegada que vulgueu utilitzar el robot, podem configurar el pi de manera que executi el programa en iniciar-se. Comenceu la configuració escrivint "sudo nano /etc/rc.local" al terminal, que hauria de mostrar un editor de text basat en el terminal anomenat Nano, desplaceu-vos fins a la part inferior del fitxer i trobeu la línia que diu "sortir 0", creeu una nova línia a sobre i escriviu "sudo python / home / pi / Documents Spy_bot.py &". Això afegeix l'ordre per executar el fitxer python segons el procés d'arrencada, ja que el nostre programa s'executarà contínuament, afegim el "&" per forcar el procés, permetent que el pi acabi d'arrencar en lloc de fer un bucle d'aquest programa. Per sortir de nano, premeu ctrl + x i després y. Després de sortir de nou al terminal, escriviu "sudo reboot" per reiniciar el pi i aplicar els canvis.

Si els motors giren en direccions equivocades, obriu el fitxer Spy_bot.py amb l'editor de text i desplaceu-vos fins a la secció de codi del motor, que s'etiquetarà amb instruccions sobre els números exactes per canviar. Si es canvien els motors esquerre i dret, es pot fixar en el codi o canviant els cables rodons; si preferiu evitar desmuntar-lo tot, canvieu qualsevol 12 de la funció del motor amb 13 i qualsevol 7 per 15.

El codi s’anota amb detalls del que fa cada secció, de manera que es pugui modificar i entendre fàcilment.

Pas 5: ajuntar-ho tot

Muntatge dels motors:

Un cop ja heu enganxat el xassís i heu configurat el pi, ara esteu preparats per muntar el robot. El millor lloc per començar és amb els motors, els seus suports estan dissenyats per adaptar-se perfectament, de manera que és probable que calgui una petita quantitat de fitxers als petits nubs de l’interior, que estan etiquetats a la foto superior. És possible que els forats de l'extrem també necessitin eixamplar-se lleugerament de manera que la secció d'or aixecada de l'extrem dels motors s'adapti dins d'aquesta. Quan els motors puguin encaixar perfectament a l'interior dels allotjaments, podeu treure el motor i cargolar-los a la seva posició a l'extrem posterior del robot mitjançant els cargols M3 x 8mm i els bloqueigs de nyló, i després inserir els motors al seu lloc.

Col·locació de l'electrònica:

A continuació, els suports de la bateria i el raspberry pi es poden cargolar al seu lloc mitjançant cargols M3 x 8mm i panys de seguretat segons les fotos, és possible que els forats de muntatge del pi zero necessitin eixamplar-se lleugerament, ja que els cargols estaran ajustats, la forma més segura i la millor de fer això és amb un petit fitxer rodó i molta precaució. Val la pena posar els cables de la bateria i del motor a sota on va el pi, ja que això fa que tota la configuració sigui molt més senzilla sense cables solts a tot arreu.

Ara és hora d’afegir la càmera, que es pot inserir a les 4 clavilles de la part frontal del xassís amb el cable ja situat a la part posterior, l’altre extrem del cable de cinta s’ha de plegar suaument fins a la ranura al port de la càmera del pi, amb els contactes del cable cap avall, tingueu cura de no doblegar amb duresa el cable de cinta, ja que solen ser força fràgils.

Muntatge de la placa superior:

Els 6 separadors haurien de tenir 19 mm de llarg, si no és així, hauria de fer una llima de metall decent, quan es faci això, s’han de cargolar a la part superior del xassís amb l’extrem nou contra el plàstic, si s’escau. Ara es pot cargolar la placa superior, assegurant-vos de plegar suaument el cable de cinta que hi ha a sota.

Afegir les rodes:

Fins a l’últim pas, les rodes! Les dues rodes amb forats centrals més petits s’han de perforar fins a 3 mm per adaptar-se als eixos del motor, tot i que si la vostra impressora 3D està calibrada a un nivell alt, no hauria de ser necessari. Els forats quadrats de totes les rodes hauran d’eixamplar-se lleugerament, de manera que es pugui col·locar un bloqueig interior a l’interior, quan es faci un M3 x 12 mm i s’ha de col·locar un bloqueig interior a cada roda i ajustar-lo prou perquè el cap del pern estigui al mateix nivell la vora de la roda. Les dues rodes restants necessitaran eixamplar-se de la mateixa manera que les altres, però a 5 mm per adaptar-se a l'eix. Un cop preparades les rodes, us recomanaria utilitzar alguna forma de cinta elèctrica o una banda de goma per afegir-hi una superfície d’adherència; si s’utilitza cinta, n’hi ha prou amb uns 90 mm per fer la volta a la roda una vegada. Les rodes del darrere ja estan llestes per fixar-se, la manera més senzilla de fer-ho és girar l’eix del motor de manera que la superfície plana estigui cap amunt i encarregueu la roda amb el pern apuntant cap avall, deixant 1-2 mm entre la roda i la carcassa del motor per evitar la captura. Ara l'eix davanter es pot col·locar a través dels blocs davanters i les rodes connectades.

Aquest pas hauria de concloure el projecte, espero que hagi estat informatiu i fàcil de seguir, i sobretot divertit. Si teniu suggeriments, preguntes o millores que puc fer, feu-m'ho saber, estic encantat de respondre a qualsevol pregunta i actualitzar aquesta informació que sigui necessària.