Robot Telepresence Sirkuit Snap: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Liburan di tahun 2020 sedikit berbeda. Keluarga saya tersebar di seluruh negeri, dan karena pandemi kami tidak dapat berkumpul bersama untuk liburan. Saya ingin cara untuk membuat kakek-nenek merasa termasuk dalam perayaan Thanksgiving kami. Robot telepresence seperti Double 3 akan sempurna, kecuali biayanya $4.000. Saya bertanya-tanya apakah saya dapat membuat sesuatu yang serupa dengan biaya yang jauh lebih murah.

Snap Circuits® RC Snap Rover® adalah rover yang dikendalikan dari jarak jauh dengan elektronik yang dirancang untuk perubahan dan eksperimen. Ini tentang ukuran yang tepat untuk menjadi dasar robot telepresence, dan saya pikir saya mungkin bisa menghubungkannya untuk dikontrol dari web.

Jika saya dapat memasang tablet di rover, saya akan memiliki robot telepresence yang memungkinkan kakek-nenek berpartisipasi dalam perayaan kami! Mereka akan dapat bergerak di sekitar rumah sendiri dan berinteraksi dengan orang yang berbeda, daripada terjebak di satu tempat. Kebaruan mungkin juga membuat mereka - dan anak-anak saya - lebih tertarik daripada panggilan video biasa.

Saya membuat robot bekerja malam sebelum Thanksgiving, dan itu sukses besar!

Dengan elektronik yang siap pakai dan sedikit pertukangan ringan, Anda juga dapat membuat robot telepresence. Tidak diperlukan solder!

Perlengkapan:

Perangkat keras

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Catatan: Snap Rover 'Deluxe' tidak menggunakan suku cadang yang sama dan tidak akan berfungsi dengan panduan ini. Jika Anda memiliki Deluxe Snap Rover, Anda harus membeli IC Kontrol Motor terpisah

• Konektor Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W atau perangkat lain dengan GPIO yang dapat diprogram yang mampu menjalankan NodeJS
• Casing untuk Raspberry Pi (opsional)
• GPIO Hammer Header (perempuan)
• Kartu MicroSD (4GB atau lebih besar)
• Baterai USB dan kabel Micro-USB untuk memberi daya pada Pi
• iPad atau tablet/ponsel lain

• Lain-lain kayu:

  • 1 "x 48" pasak kayu, potong sesuai ketinggian yang diinginkan
  • 2x4, kira-kira. panjang 10"
  • 2 buah cetakan 1/4" x 1" x 8"
  • 2 lembar 1x1 atau skrap serupa, kira-kira. 3" panjang
• Kotak kardus kecil untuk dijadikan sebagai tempat iPad
• Tali anyaman nilon, kira-kira. 6'

Perangkat lunak

• Di penjelajah:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (diuji dengan build 14.151 armv6 tidak resmi di Pi Zero W)
  • perangkat lunak kendali jarak jauh pi-rover

• Di tablet:

  Facetime, Zoom, atau perangkat lunak konferensi video lainnya

• Di PC Anda:

  Klien ssh (bawaan ke Mac + Linux; gunakan sesuatu seperti Putty untuk Windows)

Peralatan

• Bor dengan mata sekop 1"
• Pistol lem panas
• Palu
• Gergaji
• Pita pengukur / penggaris

Untuk pengguna (kakek, dll)

Kakek, atau siapa pun yang mengoperasikan rover, akan membutuhkan yang berikut:

PC dengan perangkat lunak konferensi video (FaceTime, Zoom, dll) dan browser web

ATAU

Tablet/ponsel dengan kemampuan layar terpisah dan perangkat lunak konferensi video

ATAU

• 2 perangkat:

  • Ponsel, tablet, atau perangkat lain dengan perangkat lunak konferensi video, dan
  • Perangkat kedua dengan browser web yang dapat digunakan untuk mengontrol browser saat perangkat pertama digunakan untuk video

Langkah 1: Pemilihan Perangkat Keras

Untuk mengontrol rover dari internet, saya memerlukan komputer kecil yang dapat mengontrol rover dan bertindak sebagai server web sehingga kakek-nenek dapat mengakses rover. Raspberry Pi Zero W sangat cocok. Ini kecil, memiliki Wi-Fi, dan memiliki banyak daya CPU untuk menjalankan server web kecil. Plus itu hanya $ 10, yang lebih murah daripada hampir semua pilihan penghobi lainnya. Saya mendapatkan aksesori Pi + saya dari orang-orang hebat di Adafruit.

Langkah 2: Mempersiapkan Pi: Header

Lini mainan edukatif Snap Circuits seperti bata LEGO® untuk elektronik. Mereka membiarkan Anda menyambungkan sirkuit tanpa penyolderan, dan mereka relatif aman untuk anak-anak. Papan elektronik hobi (seperti Raspberry Pi) menyediakan sejumlah cara untuk menghubungkan semuanya, tetapi tidak ada yang kompatibel dengan Sirkuit Snap.

Untuk menyiasatinya, kita akan memasang header di Pi, kemudian menggunakan kabel jumper "Snap to Pin" khusus untuk menghubungkan Pi ke rover tanpa menyolder.

Pasang kepala palu betina ke dalam Pi menggunakan petunjuk pemasangan (berlabel "untuk pHAT"). Sangat penting untuk menggunakan header perempuan; ini memungkinkan kita untuk mencolokkan kabel jumper.

Langkah 3: Mempersiapkan Pi: Perangkat Lunak

Raspberry Pi memuat perangkat lunaknya dari kartu MicroSD. Kami akan menginstal sistem operasi, lalu mem-boot Pi dan menginstal beberapa alat lain ditambah perangkat lunak kontrol untuk rover.

1. Gunakan perangkat lunak Raspberry Pi Imager di PC Anda untuk mengunduh dan menginstal Raspberry Pi OS Lite (32-bit) ke kartu SD.
2. Gunakan tutorial ini untuk mengatur Pi dalam mode 'tanpa kepala', tanpa menggunakan keyboard atau layar. Ini akan mendapatkan Pi di Wi-Fi saat pertama kali boot.
3. Aktifkan protokol Secure Shell (ssh) pada Pi menggunakan langkah 3+4 dari tutorial di SSH ini. Anda dapat mengabaikan bagian tentang pengaturan "X Forwarding." Ini akan memungkinkan Anda untuk masuk ke Pi setelah online.
4. Pindahkan kartu SD ke Pi dan boot pi. Saya menggunakan baterai USB untuk menyediakan daya, tetapi untuk langkah ini Anda juga dapat menggunakan adaptor daya atau kabel Micro-USB untuk menyalakannya dari PC Anda.
5. Temukan alamat IP Pi. Anda harus terhubung ke Pi, dan nanti untuk mengontrol rover.

6. Masuk ke Pi dari PC Anda. Bagian "Siapkan klien Anda" dari tutorial SSH memiliki instruksi terperinci. Anda sekarang harus masuk ke Pi:

   ssh pi@

7. Perangkat lunak kendali jarak jauh menggunakan alat yang disebut NodeJS. Untuk menginstal NodeJS di Pi, jalankan perintah berikut melalui 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. Anda sekarang harus menginstal NodeJS di Pi. Untuk mengujinya, jalankan

   simpul -v Setelah beberapa detik itu akan menampilkan versi NodeJS, seperti

   v14.15.1

9. Selanjutnya kita akan menginstal perangkat lunak kontrol rover, yang disebut pi-rover. Ini akan memakan waktu beberapa menit:

   sudo apt-get install git

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

10. Jalankan perangkat lunak server di Pi:

    simpul index.js

    Jika semuanya berjalan dengan baik, Anda seharusnya dapat mengakses Pi melalui browser web pada PC Anda dengan menavigasi ke port 8080 pada alamat IP Pi. Misalnya jika alamat IP Pi Anda adalah 192.168.1.123, buka

11. Keluar dari perangkat lunak server dengan Ctrl-C.

12. Untuk menjalankan server setiap kali Pi dijalankan, instal file layanan sistem:

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

    sudo systemctl aktifkan pi-rover.service

13. Setelah perangkat lunak diuji dan berfungsi, matikan agar kami dapat menginstal Pi di rover:

    sudo shutdown -h sekarang

Catatan: Jika Anda akan memberikan akses ke orang lain di luar jaringan rumah Anda (seperti kakek, yang berada di rumahnya sendiri pada Thanksgiving ini), Anda harus mengonfigurasi router Anda untuk mengirim lalu lintas dari alamat IP publik Anda ke Pi. Gunakan panduan penerusan port untuk dukungan melakukan ini.

Langkah 4: Hubungkan Rover

Snap Rover dilengkapi dengan instruksi untuk memasang kabel remote control yang disertakan dengan rover kit. Kami akan mengadaptasi ini untuk mengganti komponen penerima radio dengan Pi.

Manual rover mencakup sejumlah sirkuit. Mulailah dengan #1 ("Night Rover") dan cabut semuanya di sebelah kiri kolom 6. Ini meninggalkan IC kontrol motor, resistor (4) 1kΩ pada input ke IC kontrol motor, sakelar geser, dan kabel menuju rover.

Langkah 5: Hubungkan Pi ke Rover

Jika Anda memiliki kasing untuk Pi tetapi belum menginstalnya, lakukan sekarang.

Konektor 40pin pada Pi memperlihatkan banyak fungsi. Kami akan menggunakan beberapa pin I/O tujuan umum (GPIO) untuk menghubungkan Pi ke rover. Sangat penting untuk menghubungkan ini persis seperti yang ditunjukkan di sini; pengkabelan yang salah berisiko merusak Pi atau rover.

1. Pin pada Pi diberi nomor 1-40. Sebaiknya tinjau pinout untuk memahami bagaimana mereka ditata.

2. Gunakan konektor Snap-to-Pin untuk menghubungkan 4 GPIO berikut ke resistor pada input IC kontrol motor:

   1. Pin 11 (GPIO 17) ke resistor pada LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) ke resistor pada LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) ke resistor pada RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) ke resistor pada RB
   5. Gunakan satu lagi konektor Snap-to-Pin untuk menghubungkan pin ground (Pin 14) dari Pi ke ground (-) pada rover. Meskipun kami memiliki 2 catu daya terpisah (rover menggunakan 9V dan Pi menggunakan 5V dari baterai USB), kedua sisi terhubung secara elektrik dan kami membutuhkan landasan yang sama agar sirkuit dapat berfungsi.

Langkah 6: Bangun Dudukan Tablet

Memasang tablet memerlukan keseimbangan beberapa kebutuhan yang bersaing:

• Tablet harus cukup tinggi di udara sehingga dapat berinteraksi dengan anak-anak dan orang dewasa yang berdiri.
• Rover harus cukup stabil untuk menghindari terbalik saat mengemudi.
• Tablet harus dipasang sedekat mungkin dengan pusat rover untuk memberikan stabilitas dan pengalaman yang mulus saat mengemudi.
• Bagian atas rover tidak dirancang untuk dipasangi apa pun selain Sirkuit Snap, dan tidak ada cara yang bagus untuk menempatkan beban di atasnya tanpa mempertaruhkan kerusakan pada komponen.

Bagian 1: Membangun Jembatan

Bagian atas bajak adalah kotak plastik dengan tonjolan yang dirancang untuk mengamankan komponen elektronik. Menempatkan beban langsung di grid tidak akan stabil, dan dapat merusak grid. Saya memilih untuk membangun semacam jembatan di atas dasar dengan penyangga yang berada di antara gundukan di grid, dan pasak yang dipasang di bagian atas jembatan. Saya menggunakan tali nilon untuk mengamankan rakitan jembatan + pasak ke badan bajak.

1. Potong 2x4 menjadi sekitar 10" panjangnya; itu harus lebih panjang dari lebar rover, untuk memungkinkan kita mengikatnya dengan aman ke rover.
2. Potong sepasang potongan 8" dari strip cetakan 1/4". Ini akan membantu menstabilkan dudukan tablet dan mencegahnya bergoyang maju dan mundur.
3. Rekatkan strip cetakan ke 2x4. Strip harus diberi jarak sehingga pas di alur grid, di antara gundukan (sekitar 5" terpisah satu sama lain). Strip harus dipasang sehingga bagian bawah 2x4 berada di atas elektronik.
4. Potong sepasang potongan 3" dari 1x1 dan rekatkan ke sudut di mana strip cetakan bertemu dengan 2x4. Tujuannya di sini adalah untuk mencegah strip cetakan terlepas dari 2x4 di bawah tekanan lateral.
5. Gunakan mata sekop 1" untuk mengebor lubang pasak di bagian atas 2x4. Lubang tidak perlu menembus 2x4; sisakan sekitar 1/8" kayu utuh di dasar lubang untuk mendukung pasak. Lubang harus diimbangi ke salah satu tepi 2x4, untuk meninggalkan ruang bagi tali nilon di sisi lain. Rekatkan pasak ke dalam lubang, pastikan itu vertikal.

Catatan: Dowel yang lebih kecil bisa digunakan. Saya memilih diameter 1 untuk memastikan itu cukup kaku untuk meredam osilasi. Anda tidak ingin membuat kakek mabuk mobil saat dia mengemudi!

Bagian 2: Tempat Tablet

Saya membutuhkan cara yang ringan namun kokoh untuk menempelkan tablet ke bagian atas pasak. Tablet itu sendiri harus dipegang sedekat mungkin dengan pasak sehingga bobotnya tidak bertindak sebagai tuas yang mencoba menjatuhkan rover. Setelah secara singkat mempertimbangkan untuk membuat kotak dari kayu ringan seperti basswood, saya memilih pendekatan yang mudah untuk memotong kotak kardus berukuran sesuai. Saya menemukan sebuah kotak berukuran sekitar 10" x 12" x 1". Potong salah satu ujungnya agar tablet dapat masuk, dan potong bukaan persegi panjang di satu sisi sehingga layar tablet terlihat. Gunakan lem panas untuk mengencangkan dudukan tablet ke bagian atas pasak.

Langkah 7: Pasang

Kita perlu memasang dudukan tablet ke rover. Rover tidak dirancang untuk ini, dan tidak ada opsi pemasangan yang nyaman. Saya memilih untuk mengamankan mount menggunakan tali nilon panjang yang melilit kedua sumbu (bukan as!) dari rover. Ini mencegah dudukan miring ke depan, ke belakang, atau ke salah satu sisi. Pastikan tali tidak menekan komponen listrik mana pun, dan pastikan tali ditarik dengan kencang dan kencang sehingga tidak bisa lepas.

Langkah 8: Mulai Keliling

Setelah dudukan tablet diamankan ke rover, nyalakan Raspberry Pi dan rover. Setelah Pi online, masuk ke antarmuka web (mis. https://192.168.1.123) dan 'Request control.' Anda sekarang harus bisa berkeliling! Hanya satu orang pada satu waktu yang dapat mengemudikan rover, jadi pastikan untuk melepaskan kendali atas rover sebelum meminta orang lain mencoba.

Petunjuk untuk Kakek-nenek

Setelah rover online, hubungi kakek (atau nenek!) di FaceTime. Setelah mereka mengambil, minta mereka membuka browser web dan pergi ke alamat IP publik Anda. Tergantung pada ponsel/tablet/komputer yang mereka gunakan, mereka mungkin harus masuk ke mode "layar terpisah" atau menggunakan perangkat kedua.

Setelah mereka memuat halaman web, mereka akan melihat antarmuka kontrol rover. Minta mereka meminta kontrol. Sekarang mereka dapat berinteraksi dengan anggota keluarga lainnya seolah-olah mereka ada di sana!

Langkah 9: Perbaikan di Masa Depan

Desain ini tidak sempurna. Beberapa kemungkinan perbaikan:

• Stabilisator untuk rover agar tidak terbalik saat ditabrak oleh anak kecil, hewan peliharaan, dll.
• Cara untuk mencegah rover menabrak sesuatu (pengemudi tidak dapat melihat ke bawah!)
• Lebih mahir dalam kontrol perangkat lunak pi-rover. Saat ini mereka di-hardcode menjadi sesuatu yang bekerja cukup baik bagi kami.
• Sematkan alat konferensi video di halaman web sehingga nenek tidak memerlukan 2 perangkat untuk menggunakan rover