SOLARBOI - en 4G Solar Rover ut for å utforske verden !: 3 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Siden jeg var ung har jeg alltid elsket å utforske. Gjennom årene har jeg sett mange bygg av fjernkontrollbiler kontrollert over WiFi, og de så morsomme nok ut. Men jeg drømte om å gå så mye lenger - ut i den virkelige verden, langt utenfor rammen av huset mitt, gaten min eller til og med forstaden min. Jeg lengtet etter å bygge en robot som kunne gå langt utover. For å gjøre dette, pisket jeg opp en robot utstyrt med et kamera, en 4G -datatilkobling og et solenergisystem som var i stand til å gjøre oppdrag dager, uker eller måneder lange. Jeg strømmer nå regelmessige liveoppdrag på Twitch.tv, og SOLARBOI gjør sitt for å prøve å gå lenger inn i det australske landskapet enn noen robot noensinne har gjort før! SOLARBOIs mål er å bli igjen i en australsk landsby, og navigere seg ut, ut på landsbygda og videre til flere destinasjoner. Det kan ikke motta ekstern bistand på oppdraget, ellers anses det å ha mislyktes. Den må gjøre sin vei, kilometer for kilometer, over dager og uker, og bare stole på solen som skal lades og 4G -nettverket for kommunikasjon tilbake til basen. Selv om det grunnleggende i prosjektet høres enkelt ut, er det utrolig vanskelig å fjerne det! Denne guiden forklarer det grunnleggende om hvordan SOLARBOI fungerer, og presenterer ideer om hvordan man best kan lage en robotplattform som kan overleve utendørs i flere uker. Det er ikke en nøyaktig trinn-for-trinn-manual for hvordan du lager din egen; i stedet er det et hoppepunkt du kan bruke til å utforske dine egne konstruksjoner og design.

Trinn 1: Trinn 1: Maskinvaren

Først og fremst trenger du et chassis for roboten din. Mens mange eksperimenterer med 3D -trykte rover -design, valgte jeg å bruke et verdsatt leketøy fra barndommen. Radio Shack RAMINATOR så kult ut, med store dekk, firehjulsdrift og arbeidsfjæring ut av esken. Selv om den er optimalisert for hastighet over dreiemoment, bestemte jeg meg for at dette ville fungere fint som grunnlaget for mitt rover -prosjekt. Etter å ha revet ut RC-maskinvaren i leketøy, byttet jeg inn en Hobbyking børstet ESC for motoren, mens jeg fjernet det originale styreoppsettet og erstattet det med en hardfør servo. Litiumpolymerbatterier ble installert for å gi SOLARBOI kraften til å kjøre i flere timer om gangen.

Med mekanikkene ute av veien, er kommando og kontroll den neste store vurderingen. For dette bestemte jeg meg på en Raspberry Pi Zero. Den er designet for å nippe til en liten mengde energi, er kompatibel med USB-enheter og er perfekt for et Internett-tilkoblet prosjekt. Som en bonus fungerer det godt med Raspberry Pi -kameraets periferiutstyr, nøkkelen til å gi oss en oversikt over robotens omgivelser når vi er ute i feltet. Jeg valgte et fish-eye-kameraobjektiv for SOLARBOI, noe som ga oss en fin vidvinkel for å hjelpe deg med å navigere verden rundt. For en forbindelse tilbake til hjemmebasen, stoler vi på en 4G -dongle, som gir oss den høye båndbredden vi trenger for å sende kommandoer til roboten og motta video tilbake.

Solkraft er nøkkelen til SOLARBOIs oppdrag, derav navnet. Et 20W solcellepanel er montert for å få mest mulig ut av solen tilgjengelig, selv på dager som er mer overskyet enn solskinn. Den brukes til å lade opp batteriene i løpet av dagen, slik at SOLARBOI deretter kan kjøre om natten, vekk fra nysgjerrige øyne og ondsinnede interlopere. Selv om vi har lav effekt Pi Zero som kjører showet, kan vi selvfølgelig ikke la det kjøre alt ellers ville vi tømme batteriene for fort. Dermed må Pi slås av mesteparten av tiden, men slås på med jevne mellomrom for å rapportere SOLARBOIs posisjon, og la oss logge inn og kjøre roboten når vi ønsker det. For å oppnå dette, kjører en Arduino Pro Micro et spesielt program som slår SOLARBOI på de første 5 minuttene i hver time. Hvis vi logger på roboten fra Mission Control, vil den fortsette, slik at vi kan utføre oppdraget. Hvis den ikke oppdager en tilkobling, driver den Raspberry Pi tilbake for å spare energi og få mest mulig ut av solenergien. GPS brukes også for å sikre at Mission Control alltid er klar over SOLARBOIs posisjon. Når du kjører på landsbygda om natten, kan det være veldig vanskelig å navigere etter visuelle tegn alene. Dermed lar GPS oss opprettholde en løsning på robotens plassering og nå våre mål dypt inn i det regionale Australia.

Trinn 2: Trinn 2: Programvaren

Selvfølgelig er det bra og godt å ha en rover, men det trenger programvare for å få det til å fungere. SOLARBOIs programvare er under konstant utvikling, noe som muliggjør bedre ytelse og forbedrer brukervennligheten over tid.

Roveren bruker Raspbian, standard -operativsystemet til Raspberry Pi Zero. Mission Control kjører på Windows. Dette forårsaker noen problemer med at ulike Linux -verktøy må installeres spesielt hos Mission Control. Til syvende og sist har dette oppsettet imidlertid tillatt oss å kjøre mange vellykkede kilometer med SOLARBOI, og gjør jobben godt. Videoen streames fra roboten tilbake til Mission Control via Gstreamer. Det er vanskelig å bruke, og ikke godt dokumentert for nybegynnere. Imidlertid gjør det det mulig for oss å ha en lav latenstid lyd- og videostrøm fra roboten som er omtrent bra nok til at vi kan kjøre uten for mange problemer. Frafall oppstår, og det er noe forsinkelse, men når du bygger verdens første roboter for å utforske landsbygda, får du det beste ut av det du har! Streaming utføres i innfødte H264 fra Raspberry Pi -kameraet, for å unngå å legge for mye belastning på Pi Zero ved å transkode på farten. Kontroll av roboten er via tilpasset Python -kode, med en server/klientarkitektur. Ved å bruke biblioteker som PiGPIO og Servoblaster, er vi lett i stand til å kontrollere robotens drivsystem og andre funksjoner i sanntid. Installasjonen er lett, takket være det velutviklede Raspberry Pi-økosystemet.

Vi bruker en rekke biblioteker i Python for å vise telemetri på skjermen. Det viktigste er MatPlotLib, som plotter våre batteridiagrammer i Mission Control som gjør at vi kan overvåke SOLARBOIs ytelse under et liveoppdrag.

Trinn 3: Trinn 3: Tingene du bare lærer i feltet

Ingen plan overlever første kontakt med fienden, som de sier. På en slik måte har SOLARBOI gjennomgått mange forsøk i sine forsøk på å navigere til en gammeldags telefonboks dypt i det landlige New South Wales. Dette er leksjoner som ofte bare kan læres i felten, og de vi har lært på den harde måten. Stealth er en viktig bekymring. Hvis roboten skiller seg ut fra omgivelsene, kan den lett bli funnet av forbipasserende mens den lades opp i løpet av dagen. På grunn av plattformens lille størrelse og vekt, kan SOLARBOI lett bli stjålet eller ødelagt, og dermed mislykkes oppdraget. Dette er en risiko vi tar hver gang vi distribuerer i naturen. For å redusere dette, er SOLARBOI malt i en grønn trist finish i et forsøk på å blande seg inn. Å finne et trygt sted å lade med mye sollys, men minimal synlighet er en kontinuerlig utfordring. Til tross for SOLARBOIs sterke offroad -legitimasjon, er det ikke i stand til å overvinne alle hindringer i sin vei. Vi har tidligere hatt problemer med å sette oss fast på steiner eller krasje i små trær. Mesteparten av tiden er dette ned til et kamera med dårlig synsfelt, lave lysnivåer om natten og ekstrem tretthet fra operatørens side. Våre oppgraderinger til bedre frontlykter og fiskeøyeobjektiver tar sikte på å avverge dette problemet i fremtiden. Langsom og jevn fremgang, i stedet for direkte hastighet, er også et godt mantra å leve etter for å unngå å krasje i gjenstander når du kjører med en videoforsinkelse på 500 ms. Enkel distribusjon i landet gir sine egne problemer. Det betyr at SOLARBOIs maskinvare må være i toppform, for at en reise på mange timer til distribusjonsområdet ikke skal være forgjeves. Dette har kostet oss mye bensin og tid i oppdrag tidligere, og noe vi har tenkt å unngå med grundige tester i fremtiden. Likevel er det noe du må tenke på når du setter inn en robot langt borte. Til slutt er gode fasiliteter på Mission Control et must. Koffein må være tilgjengelig for å holde mannskapet skarpt og våken, samt vann for å opprettholde riktig hydrering. Tydelig og oppdatert telemetri er også nyttig for raskt å diagnostisere problemer, og en video med lav latens uten frafall er det beste for jevn kjøring i den australske villmarken. Dette gjør det også mulig for føreren å få mest mulig ut av SOLARBOIs hastighet, der det er nødvendig, for å unngå forbipasserende biler, dyreliv eller Shackleton the Cat, som vi møtte i Mission 1. Samlet sett har SOLARBOI mye lenger å gå i fremtidige oppdrag, og ideelt sett vil han tilbringe mange måneder i feltet for å utforske vidt og bredt. For å følge SOLARBOIs reise, følg med på Twitch.tv og Youtube, og nyt oppdragene nedenfor! Som alltid vil det komme flere eventyr etter hvert som SOLARBOI utvikler seg og reiser lenger og lenger hjemmefra!