Raspberry Pi Cam Tank V1.0: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Des de petit m’encanten els tancs. Construir la meva pròpia joguina de tanc sempre és un dels meus somnis. Però a causa de la manca de coneixements i habilitats. El somni és només un somni.

Després d’anys d’estudis en enginyeria i disseny industrial. Vaig adquirir habilitats i coneixements. I gràcies a les impressores 3D hobby més barates. Per fi puc fer el meu pas.

Quines funcions vull que tingui aquest tanc?

• Control remot
• Rodes de ralentí suspeses (com el tanc real!)
• Té una torreta giratòria i una pistola BB inclinable pot disparar bales de 6 mm
• Pot transmetre vídeo al controlador perquè pugueu controlar-lo molt lluny

Al principi, tenia previst utilitzar arduino com a controlador, però després d’haver realitzat algunes investigacions vaig trobar que no hi ha cap manera pràctica d’emetre vídeo per si mateix. Tot i això, Raspberry Pi sembla ser un bon candidat per transmetre vídeos. I el podeu controlar a través de la vostra dona des del vostre telèfon.

Comencem.

Pas 1: parts necessàries

Per controlar

Raspberry Pi versió B

Hub USB alimentat (Belkin F4u040)

Càmera web USB (Logitech C270)

Dongle Wifi (Edimax)

Cable de pont femella a mascle

Per conduir

Dos parells elevats continuen servo o motor (per a dues rodes motrius)

Una mànega d'acer de 1/8 per als eixos de les rodes (comprada a la botiga de casa i econòmica)

Deu rodaments de màniga (demanats a Mcmaster)

Algunes molles de suspensió (va comprar un assortiment de molles a Harbor Freight, de baix cost)

Per a torreta

Una joguina de pistola BB automàtica

Un mini motor CC de gran parell

Un micro servo per inclinar cap amunt i cap avall

Alguns 1/4 d'acer van circular com a eix de la pistola

Altres coses

He imprès en 3D la majoria de les parts d’aquest tanc, si teniu fàcil accés a un tallador làser, també funcionaria.

He utilitzat filament PLA per imprimir perquè és més fàcil de tractar (no hi ha problemes d’embolcall a l’ABS). Però, molt difícil de lijar, tallar, foradar més tard.

Podríeu pensar que la impressió 3D és bona per a peces personalitzades i podeu imprimir una peça molt complicada en una sola peça. Això és cert. No obstant això, crec que aquesta manera no és pràctica i econòmica per a un aficionat. Els motius són:

La vostra impressora hobby no serà tan precisa.

Cometreu errors en la mesura i els càlculs (tolerància, alineació, etc.).

De totes maneres, hi ha moltes possibilitats que les vostres impressions no funcionin ni s’adaptin a la primera fotografia. Està bé per una petita part, només podeu canviar el model i tornar-lo a imprimir. Però, per a una part més gran i més complicada, és frustrant saber que alguna cosa no funciona després d’hores d’impressió. És una pèrdua de temps i material. Així que aquí teniu el meu enfocament:

Perquè qualsevol cosa sigui simètrica, imprimiu-ne només la meitat, proveu-ho, si tot funciona bé, imprimiu-ho tot.

Modelatge de la peça mentre es pensa en la impressió 3D. Podria haver-hi una superfície plana per fixar el llit de la impressora? Es podria dividir en trossos més petits per evitar una gran estructura de suport?

Perquè les parts tenen moltes funcions (interactuen amb moltes altres parts), dividiu el model en mòduls. Per tant, si una característica ha fallat, no heu de reimprimir tota la part. Només cal que modifiqueu el mòdul i torneu a imprimir-lo. Faig servir cargols i femelles per connectar-los.

Sigues un bon amic amb eines manuals, serra manual, X-acto, trepant elèctric, pistola de cola calenta. Si podeu corregir un error d'impressió, corregiu-lo.

Això explica per què el meu tanc té tantes parts. Encara estic ajustant aquestes parts i, un cop he trobat una bona combinació, les puc imprimir juntes d’una sola peça. Aleshores aquest seria el meu Cam Tank v2.0.

Pas 2: el sistema de conducció

Suspensió

Al principi vaig fer un prototip sense cap tipus de suspensió, només els eixos del casc inferior amb rodaments i rodes. Però pensant en la comoditat de l’operador (el conduiré veient el vídeo en streaming!), Vaig decidir afegir suspensions perquè fos més fresca.

Tot el que tinc són algunes molles helicoïdals, ni hidràuliques, ni molles de fulla. Al principi vaig experimentar alguns mecanismes de barres de torsió amb PLA. (La suspensió de la barra de torsió és freqüent en alguns tancs). Resulta després d'un parell de gir, la barra PLA impresa es tornaria suau i, finalment, es trencaria. L’ABS pot ser millor per a aquest propòsit, però mai ho vaig provar. Per tant, després de més investigacions, vaig trobar el disseny de la suspensió de Christie, aquí teniu un petit vídeo que mostra com funciona.

Tot i això, la suspensió de Christie té tantes peces petites i aleshores no tinc confiança en la meva impressora. Així que vaig fer alguna suspensió com aquesta.

(imatge)

Aquesta configuració ocupa massa espai interior. Així que faig girar el braç interior 90 graus. Fixeu-vos que la primera i l'última roda van ser més curtes

Tensor posterior

Vaig pensar que quan el tanc travessés alguns obstacles, les rodes de ralentí podrien pujar i la pista perdrà tensió. Així que vaig afegir algun mecanisme tensor a la roda del darrere. Bàsicament es tracta de dues molles que empenyen l'eix real tot el temps, que exerceixen una certa força sobre ella per atapeir les vies.

Rodes motrius i pistes

Vaig dissenyar aquestes vies d'eruga i rodes motrius en solidworks. No sé molt sobre enginyeria mecànica, per tant no puc fer el càlcul de l’engranatge. Per tant, vaig simular peces a Solidworks per veure si funciona abans de prémer el botó Imprimeix. Cada pista està connectada amb algun filament de recanvi de 3 mm. Funciona força bé amb una mica de poliment. Però el disseny de la pista té un defecte, la superfície que toca el terra és massa llisa que és difícil d’agafar. Si l’imprimeixo de cap per avall, podria afegir una mica de banda de rodament, però costarà molt material de suport a causa de la dent. Solucions futures: 1: imprimiu la dent per separat i després enganxeu-les. 2. Apliqueu una mica de pintura en aerosol amb recobriment de goma.

Després vaig imprimir la carcassa de servos i vaig assegurar-me que la roda motriu es pogués fixar al braç del servo amb cargols.

Pas 3: sistema d'armes

Aquesta part és la més emocionant per a mi. Podeu comprar una joguina de tanc de càmera. Però no vaig trobar ni una càmera combinadora de joguines ni cap arma.

Vaig comprar aquesta joguina de pistola airsoft automàtica per 9,99 dòlars a la venda. (Ara fa uns 20 dòlars i potser provaré alguna cosa més barata més endavant) i enderrocar-lo per entendre el mecanisme. Puc tallar el cos totalment i enganxar-lo al tanc. Però no m’agrada el mig cos d’aspecte lleig. Així que vaig prendre algunes mesures i vaig remodelar la part mecànica. D’aquestes peces vaig aprendre una lliçó d’impressió 3D: sempre s’equivocarà. Es necessiten 5 impressions per ajustar totes les peces i molta talla, poliment i encolat en calent per fer que funcioni perfectament.

Després que cada part de la pistola de joguina es movés correctament al cos replicat, vaig imprimir altres quatre parts per fixar el cos. I es va afegir l’engranatge basculant, l’embut de bala BB i el suport de la càmera. Totes aquestes peces estan cargolades al cos de la pistola. Finalment, es poden combinar en almenys dues parts. Però crec que encara no estic preparat.

A la base de la torreta, he afegit un micro servo, per inclinar, i un motor micro DC per girar.

Després vaig començar a provar l’arma, connectar 4 piles AA i dispara bé. Estava molt content que funcionés bé. Però l’endemà vaig trobar un problema.

Aquí teniu el vídeo de les proves de la meva arma. la torreta estava connectada a un adaptador de 3v.

Pas 4: configureu el Pi

Aquesta és la part més important, el cor del nostre tanc: Raspberry Pi.

Si encara no heu jugat a Raspberry Pi. Us recomano començar amb aquest llibre: Com començar amb raspberry pi de MAKE. Podeu obtenir els conceptes bàsics i una comprensió completa de Pi.

Obteniu l'últim sistema operatiu raspbian.

La següent eina que recomano molt és l’escriptori remot. Aquí teniu el tutorial d’Adam Riley. Després de configurar-lo, podeu veure l'escriptori Pi al vostre PC (no provat al Mac). Per tant, executar el Pi "nu" significa que no cal tenir pantalla, ratolí i teclat. Alguns dels meus amics utilitzen la línia d'ordres ssh. Però prefereixo l’escriptori.

Basat en investigacions anteriors, sabia que Raspberry Pi és capaç d’emetre vídeos. Així doncs, vaig començar a jugar amb diferents aplicacions al Pi. Moltes de les aplicacions tenen un retard llarg (segons) o una freqüència de fotogrames baixa. Després de dues setmanes d’excursió en vídeos i tutorials en línia, per sort vaig trobar la solució. Un vídeo a youtube sobre webiopi em va donar moltes esperances. Més investigacions em van fer creure que aquest era el camí correcte.

Webiopi és un marc que facilita la connexió entre Pi i altres dispositius d’Internet. Controla tots els GPIOS de Pi i, a continuació, inicia un servidor que contingui HTML personalitzat. Podeu accedir a aquest html des d’altres dispositius (ordinador, telèfon intel·ligent, etc.) i fer clic a un botó del navegador a distància wifi; s’activarà un GPIO.

El vídeo em va fer ple d’esperança, es basa en un tutorial webiopi - projecte cambot. Es presenta a la revista MagPi # 9 [html] [pdf] i # 10 [html] [pdf]. Gràcies Eric PTAK!

Seguint el tutorial pas a pas, podeu fer cambot de dues rodes. Així és com funciona: connecteu dos motors amb un pont H i, a continuació, controleu el pont H amb 6 pins GPIO per controlar la direcció i la velocitat. Webiopi s’utilitza per controlar els GPIO. I MJPG-streamer s’utilitza per transmetre vídeo.

Si no sou el Pi o el Linux com ho feia mesos enrere, és possible que tingueu un petit problema després de seguir tots els passos. Podeu executar el codi python per a webiopi i el vídeo en streaming per separat, però no sabeu com executar-los junts? Vaig trigar una mica a saber que podeu afegir una ordre & després (i és molt difícil cercar-la a Google, BTW), això vol dir que voleu que aquesta ordre s'executi en segon pla. Així que ho faré cada vegada:

sudo python cambot.py &

sudo./stream.sh

Crec que creeu un fitxer bash que conté l'ordre anterior en un fitxer i s'executa una vegada. Encara no ho he provat.

Així que he provat aquesta configuració bàsica amb dos motors de corrent continu, funciona, però el motor que tinc no és prou potent. Em porta a una altra opció: servos continus.

Aleshores apareix una nova pregunta: és webiopi compatible amb servos controlats per PWM?

La resposta és sí, però no per si mateixa: es necessita RPIO per generar programari PWM

Instal·lació de RPIO (no tinc sort amb el primer mètode d'instal·lació apt-get. El mètode github em funciona molt bé)

Codi de mostra i altres discussions

Ara el vostre bot s’actualitza amb dos servos. Penseu en què podeu fer amb els braços addicionals!

He modificat el codi de mostra anterior per adaptar-lo al tanc. No necessiteu cap titulació en informàtica per fer-ho. Ets bo sempre que puguis entendre el codi de mostra i saber què cal copiar i on canviar.

Pas 5: connexió electrònica

El banc de potència que he comprat, Anker Astro Pro, té dos ports USB i un de 9 V (motiu principal pel qual he comprat aquest). Vaig intentar alimentar el Pi, el dongle wifi i la càmera web amb un port USB. No arrenca. Així que vaig fer servir l’altre port USB per a un concentrador USB alimentat.

Llavors vaig pensar que potser podria alimentar els servos amb el port del concentrador USB. Funciona, però la connexió wifi és molt molt inestable.

Per solucionar aquest problema, he introduït 4 bateries AA per alimentar les necessitats de servo de 6V. Vaig ratllar el cable USB per exposar el cable de terra (negre) i el vaig connectar a terra amb el paquet de bateries AA.

3 servos, vermell a 6V, negre a terra i pin de senyal connectat a pins GPIO.

Tal com estava planejat, el motor giratori de la torreta i el motor de la pistola també haurien de ser alimentats per 6V amb un control de pont H. Però quan ho connecti tot, l'arma no dispararà! Sembla que el motor intenta girar, però no pot accionar els engranatges. El voltatge de sortida és correcte, però sembla que no hi ha prou corrent per accionar. També vaig provar MOSFET sense sort.

He de renunciar a aquesta part per motius de temps. I és per això que en la prova de pistola he de connectar el motor de la pistola a l'adaptador manualment. Encara hi ha molt per aprendre en electrònica. En el pitjor dels casos, sempre podia controlar l’arma amb un servo disparador.

Pas 6: interfície

També he alterat les interfícies dels codis de mostra cambot i rasprover. Com que tenia previst utilitzar el telèfon intel·ligent com a controlador, vaig optimitzar el disseny del meu telèfon (galaxy note3).

La majoria dels dissenys i estils es poden editar a index.html. Tanmateix, l'estil del botó per defecte (gris fosc amb vora negre) es defineix al webiopi.css situat a / usr / share / webiopi / htdocs. He utilitzat el terminal per executar sudo nano per modificar-lo.

El flux de vídeo es troba al centre de la pantalla, control de conducció al costat esquerre i control d'armes a la dreta. Vaig dissenyar el control de conducció com a dos jocs de pujada (endavant), parada, baixada (cap enrere) que volen un control més fi, però al vídeo es nota que de vegades és incòmode.

Pas 7: pla de futur

Com es pot dir, aquest projecte encara no està acabat. Gràcies al concurs de raspberry pi, vaig començar moltíssim la setmana passada, només intentant acabar-lo abans del termini. Gira força bé fins que vaig trobar que l'arma no dispara …

Té molt més que millorar, però espero que pugueu aprendre alguna cosa de la meva experiència.

Pla a curt termini:

Feu que la pistola funcioni !!!

Contenidor més gran per a més BB

El tanc ha d’explorar el món: surt al wifi de casa.

Configureu un node ad hoc a Pi perquè el telèfon pugui connectar-s'hi a qualsevol lloc

Executeu l'ordre del tanc a l'inici

Afegiu un botó d’aturada per apagar Pi de forma segura.

Pla a llarg termini:

Millor sistema de conducció per a estabilitat i adherència

Dissenyeu ara la meva pròpia placa de circuit en comptes d’una tauleta de suport

Gravació de vídeo en primera persona

Una altra pistola? Fem-ne un vaixell de batalla!

Voleu afegir sensors per patrullar-vos?

Visió per ordinador per a l'orientació automàtica.

Controla el tanc molt lluny: ho veuré tot a casa!

Pas 8: gràcies per llegir

Gràcies per llegir el meu pobre anglès (no és el meu primer idioma). Espero que us hàgiu divertit o que hàgiu après alguna cosa aquí. Aquest serà un projecte en curs, de manera que si teniu experiència en qualsevol camp, agrairé el vostre assessorament.

Si teniu cap pregunta, deixeu un comentari, faré tot el possible per respondre-hi.

Permeteu-me fer una actualització - The Cam Tank2.0-- en un futur proper.

Per fi, aquí teniu un vídeo que mostra l’escenari de batalla. És molt divertit.

Gaudeix i ens veiem la propera vegada!