Pocket Spy-Robot: 5 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Kjedelig under lockdown? Vil du utforske det mørke riket under sofaen i stua? Da er den lommestore spionroboten noe for deg! På bare 25 mm høye er denne lille roboten i stand til å dra til steder som er altfor små til at folk kan gå, og sender tilbake alt den ser gjennom en praktisk telefonapp!

Krav:

Mellomnivåerfaring innen elektronikk

Grunnleggende kunnskap om python og bringebær pi

En stor mengde tid

Rekvisita

Deler:

• Raspberry pi Zero W (Ikke WH da vi ikke bruker overskriftene som følger med)
• Bringebær pi kamera
• SD -kort for Pi (8 GB eller mer er best)
• 2x 18650 batterier og holder (Siden en ladekrets ikke er innebygd, har en lader også en tendens til å hjelpe!)
• 2x 300RPM 6V mikro girmotorer
• L293D motorstyring
• LM7805 Spenningsregulator
• 22μF kondensator
• 10μF kondensator
• 2,54 mm SIL-hodestifter og stikkontakter (2 x 8 lange seksjoner av hver)
• 2,54 mm 90-graders vinklede toppstifter
• 10x M3 x 8mm forsenkede bolter
• 4x M3 x 12 mm forsenkede bolter
• 14x M3 nylock muttere
• Dupont -koblingssett (kan klare seg uten, men det gjør livet mye lettere)
• 5 mm x 80 mm stang i aluminium eller stål
• Assorterte ledninger
• Loddebrett

Verktøy:

• Loddejern og loddetinn
• Sett med filer
• Diverse skrutrekkere
• En slags kniv
• Superlim
• Avbitertang
• Wire strippere
• Elektrisk drill og bitsett (3 mm og 5 mm brukes til å rydde opp hullene i utskriften)
• 3D -skriver (Selv om en kan få delene skrevet ut og sendt til deg av en av mange slike tjenester)
• Mini baufil
• Multimeter
• Elektrisk tape

Trinn 1: Bygg chassiset

Jeg innså ganske tidlig at selv om gaffertape er utrolig, bør det sannsynligvis ikke brukes til å lage et solid chassis, så 3D -utskrift var det neste åpenbare valget (På et tidspunkt skal jeg trekke dette av så snart som Jeg vil laste den opp.) Delene er designet for å limes sammen med de sammenlåsende delene som er sett på bildene ovenfor, ettersom jeg bruker en Elegoo Mars -skriver, som produserer vakre utskrifter, men dessverre har en ganske liten byggeplate. Det er her filene og superlimet kommer inn. Kantene som er merket ovenfor må arkiveres ned til de sitter godt inne i sporene til det neste stykket, og jeg fant ut at ettersom 3D -skrivere ikke er perfekte, er dette den beste måten å få en perfekt passform. Så når arkiveringen er ferdig, lim delene sammen! (Bare ikke fingrene, som jeg lærte en for mange ganger) Når du limer delene sammen anbefaler jeg å legge dem på et flatt underlag for å sikre at de blir rett. (Å veie dem ned kan hjelpe med dette)

Et par av hullene må bores ut med en 5 mm bit (merket på det femte bildet), dette bør gjøres utrolig forsiktig, eller ved bruk av en sirkulær fil for å minimere risikoen for å knekke delen. For å gjøre monteringen lettere senere, bør alle 3 mm hullene i chassiset bores ut med en 3 mm bit for å sikre at boltene sitter godt. På bunnen av chassiset er det også en rekke sekskantede utskjæringer for nylocks å passe inn i. Det er verdt å bruke en liten fil for å utvide disse hvis mutrene ikke passer lett inn. Jeg syntes det var mye bedre å designe til den eksakte størrelsen, og deretter fjerne materiale der det trengs, da dette gir den beste passformen.

Deler som skal skrives ut:

• Chassis1.stl
• Chassis2.stl
• Chassis3.stl
• Chassis4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x hjul1.stl
• 2x hjul2.stl
• top.stl

Trinn 2: Kretsen

Siden hele poenget med prosjektet er kompakt, er kretsen for å drive selve pi -en og motorene innebygd i et enkelt brett som sitter på toppen av pi -en som ligner på en HAT, og kobles til ved å sette i hoder loddet på GPIO. Siden motorene er ganske små og ikke vil kreve mye strøm, brukte jeg en L293D dual H-bridge motorkontroller for å drive dem, da Pi's GPIO kan bli skadet hvis den brukes til å drive motorer (EMF bakover og så vel som overstrøm). Den doble H-broen bruker et sett NPN- og PNP-transistorer slik at hvis transistorer Q1 og Q4 får strøm og dermed lar strøm passere gjennom, vil motoren spinne fremover. Hvis Q2 og Q3 får strøm, strømmer strøm gjennom motoren i motsatt retning og snurrer den bakover. Dette betyr at motoren kan snurres i begge retninger uten bruk av reléer eller andre komponenter, og lar oss drive motoren separat til pi i stedet for å trekke den av.

LM7805 gir pi strøm via 5v GPIO -pinnen, men bør ikke brukes til å drive L293D, ettersom pi kan kreve nesten hele 1A -utgangen på 7805, så det er best å ikke risikere å smelte den.

Sikkerhet:

Hvis kretsen er bygget feil og mer enn 5v er gitt til pi, eller den settes gjennom en annen pin, vil pi bli uopprettelig skadet. Enda viktigere er at kretsen bør sjekkes grundig og testes for kortslutning, spesielt på tvers av batteriinngangene, ettersom LiPo har en tendens til å forårsake problemer, *hoste *, eksplosjoner ved kortslutning. Du bør sannsynligvis unngå det. Jeg fant den beste måten å teste dette på var å teste kretsen ved å koble en 4-blokker AA-batterier til inngangen og måle utgangsspenningen med en multimeter. Uansett, sikkerhetsmateriell er over, la oss gjøre litt lodding!

Brettet bør bygges i henhold til kretsdiagrammet ovenfor og i en lignende konfigurasjon som kretsen min, da dette oppsettet passer pent over pi og ennå ikke har eksplodert LiPos (krysser fingrene). Det er viktig at rekkefølgen nedenfor følges, ettersom ledninger blir ført nær eller over andre ledninger og pinner, denne rekkefølgen betyr at disse ledningene gjøres sist for å unngå shorts. Ved lodding på toppnålene er det viktig å sette dem inn i en ekstra del av toppteksten for å sikre at de ikke beveger seg når de varmes opp.

Trinn:

1. Klipp brettet ned i størrelse og arkiv kuttkanten glatt (min bruker 11 rader med 20 rader og har nyttig bokstaver og tall for å kode dem). Jeg vil gi posisjonene til tappene på brettet med dette koordinatsystemet for å gjøre livet enklere. Ettersom brettet er tosidig, vil jeg referere til siden som vender mot pi som "B" -siden og siden vekk fra pi som "A" -siden.
2. Lodd L293D og LM7805 på plass, L293D øvre venstre pinne ligger på B -siden i posisjon C11. LM7805 trenger utgangsstifter som bøyes slik at metallets bakside av brikken ligger flatt mot brettet, den venstre tappen skal være i posisjon P8.
3. Lodde toppnålene på plass, en må først skyve kortsiden av pinnene gjennom den svarte blokken til de er flate mot toppen av blokken. De skal skyves gjennom fra A -siden med nedre høyre hjørne i hull T1 og loddes fra B -siden som vist og dokumentert på bildene ovenfor. Når dette er gjort, skjærer du forsiktig bort de svarte blokkene og setter de 2 pinnene inn i de tilsvarende overskriftene som ikke skal loddes til pi ennå. Disse sørger for at pinnene ikke beveger seg når de loddes.
4. Deretter loddes i motoren og batteripinnene, 4 brede for motoren og 2 brede for batteriet. Batteripinnene skal plasseres i spor J4 og K4 på B -siden, motorpinnene mellom L2 og O2 på B -siden.
5. De to kondensatorene må loddes inn nå, begge fra B -siden. Anoden (positivt ben) til 22μF kondensatoren skal være i sporet P10 på B -siden og skal loddes til P8 med den gjenværende delen av benet, før du klipper av noen rester. Katoden (det negative benet) skal settes gjennom sporet P11 og bøjes rundt som vist på bildet for å koble til P7 (katoden til 7805). Anoden til 10μF kondensatoren skal settes gjennom sporet P4 og beinet loddes til pinne P9, katoden skal settes gjennom sporet P3 og kobles til P7 på samme måte som den andre kondensatoren.
6. Koblingstrådene bør ta stiene som er sett på bildene ovenfor, så for å spare lesetid har jeg samlet en liste over pinnene som skal kobles med disse, i rekkefølge og med spesifiserte sider, den spesifiserte siden er siden som den isolerte delen av ledningen ligger på. Koordinatene blir formatert slik at den første bokstaven betyr side, etterfulgt av koordinaten. For eksempel, hvis jeg skulle koble en L293D -pinne til en utgang, kunne ikke det samme hullet som pinnen bruker, brukes, så det tilstøtende hullet ville være, pinnen som ledningen kobles til vil bli plassert på hver side av hullene de går gjennom. Dette vil se ut som B: A1-A2 til G4-H4 med ledningen som går gjennom hullene A2 og G4. Merk: I bildene mine har A -siden ingen bokstaver, anta at dette vil være fra venstre til høyre.
7. Siden du allerede har fått loddetangen ut, er det nå en god tid å lodde motoren og batterikablene. Jeg vil anbefale rundt 15 cm for motortrådene, som bør loddes horisontalt til bakplaten på motoren for å spare plass, et bilde av dette er ovenfor. Det er nødvendig med kontakter i den andre enden av motortrådene. Jeg vil anbefale å putte en liten mengde loddetinn i disse etter krymping for å sikre en solid tilkobling. Den røde ledningen fra den ene batteriholderen skal loddes til den svarte ledningen til den andre og la ca 4 cm mellom de to, de to andre ledningene trenger rundt 10 cm hver, men trenger i stedet en kontakt festet til enden for å koble til brettet.

Kabling:

1. B: C4-B4 til F11-G11
2. B: C9-B9 til O1-O2
3. B: G11-H11 til K5-K4
4. B: F9-G9 til M1-M2
5. B: F8-G8 til I4-J4
6. B: F6-G6 til L1-L2
7. B: K4-L4 til O10-P10
8. B: F7-H7 til N7-O7
9. På A -siden er alle ledninger loddet til den siden, ingen ledninger føres gjennom, så det trengs bare 2 koordinater.
10. A: O4 til O2
11. A: O5 til N2
12. A: O10 til M2
13. A: O7 til P2
14. A: R4 til Q2
15. A: Jordpinner O7, O8, R7 og R8 bør alle være tilkoblet.
16. A: E7 til K4
17. A: O1 til R10
18. A: M1 til R11
19. A: E4 til T1
20. A: G2 til R6

Jeg vil anbefale å sjekke dette mot kretsdiagrammet ovenfor for å sikre riktig kabling før du tester. Testing av kretsen bør utføres med et multimetersett for å teste tilkobling, pinnene som bør kontrolleres er som følger, men hvis du allerede er kompetent med elektronikk, så test så mye du kan. For å kontrollere: Batteriinngangspinner, motorpinner, alle pinner på toppteksten for pi, og 7805 -inngangen og -utgangen mot bakken.

Trinn 3: Sette opp Pi

I denne opplæringen antar jeg at pi -en din allerede er konfigurert med et bilde og koblet til internett. Hvis du setter opp pi -en for første gang, foreslår jeg at du bruker følgende guide fra deres nettsted for å installere bildet:

www.raspberrypi.org/downloads/

Jeg fant ut at livet blir mye enklere hvis man kan jobbe med pi mens man fortsatt er inne i roboten, men ettersom HDMI -porten er blokkert med en avstand, er eksternt skrivebord det nest beste. Dette er ganske enkelt å sette opp ved hjelp av en pakke som heter xrdp og Microsofts RDP -protokoll (innebygd i vinduer så ingen faffing i den enden).

For å sette opp xrdp må du først kontrollere at pi er oppdatert ved å kjøre kommandoene 'sudo apt-get update' og 'sudo apt-get upgrade'. Deretter kjører du kommandoen 'hostname -I' som skal returnere den lokale IP -adressen til pi, og du er i gang! Trykk på Windows -tasten på datamaskinen og åpne et program som heter 'Remote Desktop Connection', og skriv deretter inn IP -adressen til pi -en i datamaskinfeltet, etterfulgt av brukernavnet 'pi' hvis du ikke har endret dette, trykk enter og en tilkobling vil bli etablert med pi.

Den første pakken du trenger er for kameraet, siden dette ikke er mitt kompetanseområde. Jeg har lagt til en lenke til den offisielle guiden til dette, som fungerte perfekt for meg.

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

Når du har fulgt denne veiledningen og installert programvaren ovenfor, er du klar til å gå videre til neste trinn!

Trinn 4: Koden

Første ting først med koden, programmering er langt fra min favorittdel av robotikk, så selv om programmet er fullt funksjonelt, er strukturen utvilsomt ikke perfekt, så hvis du merker noen problemer med det, vil jeg virkelig sette pris på tilbakemelding!

Last ned den vedlagte python-filen til pi-en og legg den i Dokumenter-mappen, og åpne deretter en terminal for å begynne å sette opp automatisk kjøring. For å være sikker på at du ikke trenger å eksternt skrivebord til pi hver gang du vil bruke roboten, kan vi sette opp pi slik at den kjører programmet ved oppstart. Start oppsettet ved å skrive "sudo nano /etc/rc.local" i terminalen, som skal vise et terminalbasert tekstredigeringsprogram som heter Nano, bla til bunnen av filen og finn linjen som sier "exit 0", opprett en ny linje over dette og skriv "sudo python/home/pi/Documents Spy_bot.py &". Dette legger til kommandoen for å kjøre python -filen som pert i oppstartsprosessen, ettersom programmet vårt vil kjøre kontinuerlig, legger vi til "&" for å forkaste prosessen, slik at pi kan fullføre oppstarten i stedet for å sløyfe dette programmet. For å gå ut av nano, trykk ctrl+x og deretter y. Etter å ha gått tilbake til terminalen, skriver du "sudo reboot" for å starte pi på nytt og bruke endringene.

Hvis motorene snurrer i feil retning, åpner du Spy_bot.py -filen med tekstredigereren og blar til motorseksjonen i koden, som vil bli merket med instruksjoner om de eksakte tallene som skal byttes rundt. Hvis venstre og høyre motor byttes, kan den enten fikses i koden eller ved å bytte ledninger, hvis du foretrekker å unngå å ta alt fra hverandre igjen, bytt 12 i motorfunksjonen med 13 og 7 for 15.

Koden er merket med detaljer om hva hver seksjon gjør, slik at den enkelt kan endres og forstås.

Trinn 5: Sett alt sammen

Montering av motorer:

Når du allerede har limt chassiset sammen og satt opp pi, er du nå klar til å sette sammen roboten! Det beste stedet å starte er med motorene. Holderne er designet for å passe godt, så det er sannsynlig at det vil være nødvendig med en liten mengde ark på de små knubbene på innsiden av dette, som er merket på bildet ovenfor. Hullene i enden av disse kan også trenge å utvides litt slik at den hevede gulldelen på enden av motorene passer inn i denne. Når motorene kan passe godt inn i husene, kan du fjerne motoren og boltene på plass i bakenden av roboten ved hjelp av M3 x 8 mm bolter og nylocks, og deretter sette motorene tilbake på plass.

Fest elektronikken:

Deretter kan batteriholdere og bringebær pi boltes på plass ved hjelp av M3 x 8 mm bolter og nylocks i henhold til bildene, monteringshullene i pi zero må kanskje utvides litt ettersom boltene vil være stramme, den sikreste og beste måten å gjøre Dette er med en liten rund fil og mye forsiktighet. Det er verdt å sette batteriet og motortrådene under der pi går, da dette gjør hele oppsettet mye ryddigere uten løse ledninger overalt.

Nå er det på tide å legge til kameraet, som kan festes på de 4 pinnene foran på kabinettet med kabelen allerede på baksiden, den andre enden av båndkabelen skal brettes forsiktig for å sette seg inn i kameraporten på pi, med kontaktene på kabelen vendt ned, pass på at du ikke bøyer båndkabelen hardt, da de pleier å være ganske skjøre.

Montering av topplaten:

De 6 avstandene skal være 19 mm lange, hvis ikke, bør en anstendig metallfil gjøre jobben. Når dette er gjort, bør de boltes til oversiden av chassiset med den friske enden mot plasten hvis det er aktuelt. Topplaten kan nå skrus fast på disse, og sørg for å brette båndkabelen forsiktig under den.

Legge til hjulene:

På det siste trinnet, hjulene! De to hjulene med mindre senterhull bør bores ut til 3 mm for å passe til motorakslene, men hvis 3D -skriveren din er kalibrert til et høyt nivå, burde dette ikke være nødvendig. De firkantede hullene i alle hjulene må utvides litt slik at det kan plasseres en nylock inne i dem. Når dette er utført må en M3 x 12 mm og en nylock må monteres inne i hvert hjul og strammes til at bolthodet er i nivå med kanten av hjulet. De resterende to hjulene må utvides på samme måte som de andre, men til 5 mm i stedet for å passe til akselen. Når hjulene er forberedt vil jeg anbefale å bruke en eller annen form for elektrisk tape eller et gummibånd for å legge til en gripeflate til dem. Hvis tape brukes, er ca 90 mm nok til å gå rundt hjulet en gang. Bakhjulene er nå klare til å festes. Den enkleste måten å gjøre dette på er å rotere motorakselen slik at den flate overflaten vender oppover, og bolten skrues fast med bolten pekende nedover og etterlater 1-2 mm mellom hjulet og motorhus for å unngå å gripe. Forakselen kan nå plasseres gjennom frontblokkene og hjulene festet.

Dette trinnet skal avslutte prosjektet, jeg håper at dette har vært informativt og enkelt å følge, og mest av alt morsomt! Hvis du har forslag, spørsmål eller forbedringer jeg kan gjøre, vennligst gi meg beskjed, jeg svarer mer enn gjerne på spørsmål og oppdaterer denne instruksen der det er nødvendig.