Snap Circuits Telepresence Robot: 9 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Helligdager i 2020 er litt annerledes. Familien min er spredt rundt i landet, og på grunn av pandemien kan vi ikke samles til ferier. Jeg ønsket en måte å få besteforeldre til å føle seg inkludert i vår Thanksgiving -feiring. En telepresence -robot som Double 3 ville være perfekt, bortsett fra at den koster $ 4 000. Jeg lurte på om jeg kunne bygge noe lignende for langt færre penger.

Snap Circuits® RC Snap Rover® er en fjernstyrt rover med elektronikk som er designet for endring og eksperimentering. Det er omtrent riktig størrelse til å være basen i en telepresence -robot, og jeg tenkte at jeg sannsynligvis kunne koble den til å bli kontrollert fra nettet.

Hvis jeg kunne montere et nettbrett på roveren, ville jeg hatt en telepresence -robot som lar besteforeldre delta i feiringen vår! De ville kunne bevege seg rundt i huset på egen hånd og samhandle med forskjellige mennesker, i stedet for å sitte fast på ett sted. Nyheten kan også holde dem - og barna mine - mer interessert enn en vanlig videosamtale.

Jeg fikk roboten til å jobbe kvelden før Thanksgiving, og den var en stor hit!

Med hylleelektronikk og litt lett snekring kan du også bygge en telepresence-robot. Ingen lodding nødvendig!

Rekvisita:

Maskinvare

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Merk: 'Deluxe' Snap Rover bruker ikke de samme delene og fungerer ikke med denne veiledningen. Hvis du har Deluxe Snap Rover, må du kjøpe en separat Motor Control IC

• Snap-to-Pin-kontakter
• Raspberry Pi Zero W eller annen enhet med programmerbare GPIOer som kan kjøre NodeJS
• Etui til Raspberry Pi (valgfritt)
• GPIO Hammer Headers (hunn)
• MicroSD -kort (4 GB eller større)
• USB-batteri og mikro-USB-kabel for å drive Pi
• iPad eller en annen nettbrett/telefon

• Diverse tre:

  • 1 "x 48" tredobbel, kuttet til ønsket høyde
  • 2x4, ca. 10 "lang
  • 2 stykker med 1/4 "x 1" x 8 "støping
  • 2 stykker 1x1 eller lignende skrap, ca. 3 "lang
• Liten pappeske som kan brukes som iPad -holder
• Nylonbånd, ca. 6 '

Programvare

• På roveren:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (testet med den uoffisielle 14.15.1 armv6 -bygningen på en Pi Zero W)
  • pi-rover fjernkontrollprogramvare

• På nettbrettet:

  Facetime, Zoom eller annen programvare for videokonferanser

• På din PC:

  En ssh-klient (innebygd i Mac + Linux; bruk noe som PuTTY for Windows)

Verktøy

• Bor med 1 "spadebit
• Varm limpistol
• Hammer
• Sag
• Målebånd / linjal

For brukeren (besteforeldre osv.)

Bestefar, eller den som driver roveren, trenger følgende:

En PC med videokonferanseprogramvare (FaceTime, Zoom, etc) og en nettleser

ELLER

En nettbrett/telefon med delt skjerm og videokonferanseprogramvare

ELLER

• 2 enheter:

  • En telefon, et nettbrett eller en annen enhet med programvare for videokonferanser og
  • En annen enhet med nettleser som kan brukes til å kontrollere nettleseren mens den første enheten brukes til video

Trinn 1: Valg av maskinvare

For å kontrollere roveren fra internett trengte jeg en liten datamaskin som både kunne kontrollere roveren og fungere som en webserver slik at en besteforelder kunne få tilgang til roveren. Raspberry Pi Zero W passer perfekt. Den er liten, har Wi-Fi og har rikelig med CPU-strøm for å kjøre en liten webserver. I tillegg er det bare $ 10, noe som er billigere enn praktisk talt alle andre hobbymuligheter. Jeg fikk Pi + -tilbehøret mitt fra de utmerkede menneskene på Adafruit.

Trinn 2: Forberedelse av Pi: Headers

Snap Circuits -serien med pedagogiske leker er som LEGO® klosser for elektronikk. De lar deg koble kretser uten lodding, og de er relativt barnesikre. Hobbyistelektronikkbrett (som Raspberry Pi) gir en rekke måter å koble ting på, men ingen av dem er kompatible med Snap Circuits.

For å komme rundt dette, installerer vi et topptekst i Pi, og bruker deretter spesielle "Snap to Pin" -kabler for å koble Pi til roveren uten lodding.

Installer de kvinnelige hammerhodene i Pi ved hjelp av installasjonsinstruksjonene (merket "for pHATs"). Det er viktig å bruke de kvinnelige overskriftene; disse lar oss koble til hoppetrådene.

Trinn 3: Klargjøre Pi: Programvare

Raspberry Pi laster ned programvaren fra et MicroSD -kort. Vi installerer et operativsystem, starter deretter Pi og installerer et par andre verktøy pluss kontrollprogramvaren for roveren.

1. Bruk Raspberry Pi Imager-programvaren på PCen for å laste ned og installere Raspberry Pi OS Lite (32-bit) til SD-kortet.
2. Bruk denne opplæringen til å sette opp Pi i "hodeløs" modus, uten å bruke tastatur eller skjerm. Dette vil få Pi på Wi-Fi når den først starter.
3. Aktiver Secure Shell (ssh) -protokollen på Pi ved å bruke trinn 3+4 fra denne opplæringen om SSH. Du kan ignorere delen om konfigurering av "X Videresending". Dette lar deg logge på Pi når den kommer online.
4. Flytt SD -kortet til Pi og start pi. Jeg brukte et USB-batteri for å gi strøm, men for dette trinnet kan du også bruke en strømadapter eller mikro-USB-kabel for å koble den fra PCen.
5. Finn Pi -IP -adressen. Du må koble til Pi, og senere for å kontrollere roveren.

6. Logg på Pi fra din PC. "Konfigurer klienten din" -delen av SSH -opplæringen har detaljerte instruksjoner. Du bør nå være logget på Pi:

   ssh pi@

7. Fjernkontrollprogramvaren bruker et verktøy kalt NodeJS. For å installere NodeJS på Pi, kjør følgende kommandoer over SSH:

   wget

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

8. Du bør nå ha NodeJS installert på Pi. For å teste det, kjør

   node -v Etter noen sekunder bør den sende ut versjonen av NodeJS, slik en

   v14.15.1

9. Deretter installerer vi rover-kontrollprogramvaren, kalt pi-rover. Dette vil ta flere minutter:

   sudo apt-get install git

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

10. Kjør serverprogramvaren på Pi:

    node index.js

    Hvis alt går bra, bør du ha tilgang til Pi via en nettleser på din PC ved å navigere til port 8080 på Pi's IP -adresse. For eksempel hvis Pi -IP -adressen din er 192.168.1.123, gå til

11. Avslutt serverprogramvaren med Ctrl-C.

12. For å kjøre serveren når Pi starter, installerer du systemtjenestefilen:

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

    sudo systemctl aktiver pi-rover.service

13. Når programvaren er testet og fungerer, må du slå den av slik at vi kan installere Pi i roveren:

    sudo shutdown -h nå

Merk: Hvis du skal gi tilgang til andre mennesker utenfor hjemmenettverket ditt (for eksempel bestefar, som er hjemme hos seg selv denne Thanksgiving), må du konfigurere ruteren din til å sende trafikk fra din offentlige IP -adresse til Pi. Bruk en portvideresendingsguide for å gjøre dette.

Trinn 4: Koble til Roveren

Snap Rover kommer med instruksjoner for å koble til fjernkontrollen som følger med rover -settet. Vi vil tilpasse disse for å erstatte radiomottakerkomponenten med Pi.

Rovermanualen inneholder en rekke kretser. Start med #1 ("Night Rover") og riv ut alt til venstre for kolonne 6. Dette etterlater motorstyrings -IC, (4) 1kΩ motstander på inngangene til motorstyrings -IC, skyvebryteren, og ledningene som går til roveren.

Trinn 5: Koble Pi til Roveren

Hvis du har et etui til Pi, men ikke har installert det ennå, gjør det nå.

40 -pinners kontakten på Pi avslører mye funksjonalitet. Vi bruker flere av de generelle I/O-pinnene (GPIO) for å koble Pi til roveren. Det er viktig å koble dette opp akkurat som vist her; feil ledning risikerer å skade Pi eller roveren.

1. Pins på Pi er nummerert 1-40. Det er verdt å gå gjennom pinout for å forstå hvordan de er lagt opp.

2. Bruk Snap-to-Pin-kontaktene for å koble følgende 4 GPIO-er til motstandene på inngangene til motorstyrings-IC:

   1. Pin 11 (GPIO 17) til motstanden på LF
   2. Fest 12 (GPIO 18) til motstanden på LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) til motstanden på RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) til motstanden på RB
   5. Bruk en Snap-to-Pin-kontakt til for å koble en jordet pin (Pin 14) fra Pi til bakken (-) på roveren. Selv om vi har to separate strømforsyninger (roveren bruker 9V og Pi bruker 5V fra USB -batteriet), er de to sidene elektrisk tilkoblet, og vi trenger en felles grunn for at kretsen skal fungere.

Trinn 6: Bygg nettbrettmonteringen

Montering av nettbrettet krever balansering av flere konkurrerende behov:

• Tabletten skal være høy nok i luften til at den kan samhandle med stående barn og voksne.
• Roveren må være stabil nok til å unngå at den velter når du kjører.
• Nettbrettet skal monteres så nær midten av roveren som mulig for å gi stabilitet og en jevn opplevelse under kjøring.
• Den øverste delen av roveren er ikke designet for å ha noe annet enn Snap -kretser festet til den, og det er ikke en fin måte å legge belastning på den uten å risikere skade på komponentene.

Del 1: Bygge broer

Toppen av roveren er et plastgitter med støt designet for å sikre elektronikkomponentene. Å legge en last direkte på rutenettet ville ikke være stabilt, og kan skade rutenettet. Jeg valgte å bygge en slags bro over basen med støtter som sitter mellom støtene på rutenettet, og en plugg montert på toppen av broen. Jeg brukte en nylonstropp for å feste broen + pluggen til roverhuset.

1. Klipp en 2x4 til omtrent 10 "lang; den skal være lengre enn roveren er bred, slik at vi kan feste den trygt til roveren.
2. Skjær et par 8 "biter fra 1/4" formlistene. Disse vil bidra til å stabilisere nettbrettfestet og forhindre at det gynger fremover og bakover.
3. Lim formlistene til 2x4. Strimlene skal ha avstand mellom dem slik at de passer i sporene på rutenettet, mellom støtene (ca 5 "fra hverandre). Strimlene skal monteres slik at bunnen av 2x4 sitter over elektronikken.
4. Klipp et par 3 "stykker fra 1x1 og lim dem til hjørnene der støpestrimlene møter 2x4. Målet her er å forhindre at støpestrimlene bryter vekk fra 2x4 under sidetrykk.
5. Bruk 1 "spadebiten til å bore et hull til pluggen øverst på 2x4. Hullet trenger ikke å gå helt gjennom 2x4; la ca 1/8" tre være intakt i bunnen av hullet for å støtte pluggen. Hullet bør forskyves mot den ene kanten av 2x4, for å gi plass til nylonremmen på den andre siden. Lim pluggen inn i hullet, og sørg for at den er vertikal.

Merk: En mindre plugg kan fungere. Jeg valgte 1 diameter for å sikre at den var stiv nok til å dempe svingninger. Du vil ikke gjøre bestefar syk når han kjører!

Del 2: Nettbrettholder

Jeg trengte en lett, men solid måte å feste nettbrettet på toppen av pluggen. Selve tabletten bør holdes så nær dowel som mulig, slik at vekten ikke fungerer som en spak som prøver å vippe roveren. Etter en kort stund å ha vurdert å bygge en eske av et lett tre som basswood, valgte jeg en liten innsats for å kutte opp en pappkasse av passende størrelse. Jeg fant en eske som var omtrent 10 "x 12" x 1 ". Klipp av den ene enden slik at nettbrettet kan gli inn, og kutt en rektangulær åpning på den ene siden slik at nettbrettskjermen er synlig. Bruk varmt lim for å feste nettbrettholderen til toppen av pluggen.

Trinn 7: Ta på

Vi må feste nettbrettfestet til roveren. Roveren er ikke designet for dette, og det er ingen praktiske monteringsalternativer. Jeg valgte å feste festet med en lang nylonrem viklet rundt begge aksene (ikke akslene!) På roveren. Dette forhindrer at festet vipper fremover, bakover eller til hver side. Pass på at stroppen ikke legger press på noen av de elektriske komponentene, og sørg for at den er trukket godt og sikret slik at den ikke kan løsne.

Trinn 8: Start Roving

Når nettbrettfestet er festet til roveren, slår du på Raspberry Pi og roveren. Når Pi er online, logger du på webgrensesnittet (f.eks. Http://192.168.1.123) og 'Be om kontroll'. Du bør nå kunne kjøre rundt! Bare én person om gangen kan kjøre roveren, så sørg for å gi opp kontrollen over roveren før du prøver noen andre.

Instruksjoner for besteforeldre

Når roveren er online, kan du ringe bestefar (eller bestemor!) På FaceTime. Når de har hentet, må du åpne dem en nettleser og gå til din offentlige IP -adresse. Avhengig av hvilken telefon/nettbrett/datamaskin de bruker, må de kanskje gå i "delt skjerm" -modus eller bruke en annen enhet.

Når de har lastet inn websiden, bør de se roverens kontrollgrensesnitt. La dem be om kontroll. Nå kan de samhandle med resten av familien som om de var der!

Trinn 9: Fremtidige forbedringer

Denne designen er ikke perfekt. Noen mulige forbedringer:

• Stabilisatorer for roveren slik at den ikke velter så tidlig når den blir truffet av et barn, kjæledyr osv.
• En måte å forhindre at roveren støter på ting (sjåføren kan ikke se ned!)
• Mer finesse i kontrollene til pi-rover-programvaren. Akkurat nå er de hardkodet til noe som fungerte bra nok for oss.
• Bygg inn videokonferanseverktøyet på websiden slik at bestemor ikke trenger to enheter for å bruke roveren