SOLARBOI - 4G Solar Rover Out tutkimaan maailmaa!: 3 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Pienestä pitäen olen aina rakastanut tutkia. Vuosien varrella olen nähnyt monia rakennuksia kauko -ohjattavia autoja, joita ohjataan WiFi -yhteydellä, ja ne näyttivät tarpeeksi hauskoilta. Mutta unelmoin meneväni niin paljon pidemmälle - ulos todelliseen maailmaan, kaukana taloni, kadun tai jopa esikaupunkini rajoista. Kaipasin rakentaa robotin, joka voisi mennä pidemmälle. Tätä varten tein robotin, joka oli varustettu kameralla, 4G -datayhteydellä ja aurinkosähköjärjestelmällä, joka kykenee suorittamaan päiviä, viikkoja tai jopa kuukausia. Suoratoistan nyt säännöllisesti suoria tehtäviä Twitch.tv -sivustolla, ja SOLARBOI tekee osansa yrittäessään mennä pidemmälle Australian maaseudulle kuin mikään robotti koskaan ennen! SOLARBOI: n tavoitteena on jäädä Australian maalaiskaupunkiin ja navigoida tiensä ulos, maaseudulle ja muihin kohteisiin. Se ei voi saada ulkoista apua tehtäväänsä, muuten sen katsotaan epäonnistuneen. Sen täytyy kulkea kilometreittäin kilometreittäin päivien ja viikkojen aikana luottaen vain auringon lataamiseen ja 4G -verkkoon kommunikoidakseen takaisin tukiasemaan. Vaikka projektin perusasiat kuulostavat helpolta, sen vetäminen on uskomattoman vaikeaa! Tämän oppaan tarkoituksena on selittää SOLARBOI: n toiminnan perusteet ja esittää ideoita siitä, miten parhaiten luodaan robottialusta, joka voi selviytyä ulkona viikkoja. Se ei ole tarkka askel askeleelta käsikirja omien luomiseen; sen sijaan se on aloituspiste, jonka avulla voit tutkia omia rakennelmiasi ja mallejasi.

Vaihe 1: Vaihe 1: laitteisto

Ensinnäkin tarvitset alustan robotillesi. Vaikka monet kokeilevat 3D -tulostettuja rover -malleja, päätin käyttää lapsuudestani vaalia lelua. Radio Shack RAMINATOR näytti siistiltä, isot renkaat, neliveto ja toimiva jousitus laatikosta. Vaikka se on optimoitu nopeudelle vääntömomentin yli, päätin, että tämä toimisi hienosti rover -projektini perustana. Kun olin leikannut lelulaatuisen RC-laitteiston, korvasin moottorin Hobbyking-harjatulla ESC: llä, kun poistin alkuperäisen ohjausjärjestelmän ja korvasin sen kestävällä servolla. Litiumpolymeeriakut asennettiin antamaan SOLARBOIlle teho ajaa tunteja kerrallaan.

Kun mekaanikot ovat poissa tieltä, komento ja ohjaus on seuraava tärkeä näkökohta. Tätä varten päädyin Raspberry Pi Zeroon. Suunniteltu siemaamaan pienen määrän energiaa, se on yhteensopiva USB-oheislaitteiden kanssa ja sopii täydellisesti Internetiin yhdistettyyn projektiin. Bonuksena se toimii hyvin Raspberry Pi -kameran oheislaitteen kanssa, mikä antaa meille mahdollisuuden nähdä robotin ympäristö, kun olemme kentällä. Valitsin SOLARBOI-laitteeseen kalansilmäkameran linssin, joka antoi meille mukavan laajan näkymän helpottamaan navigointia maailmassa. Yhteydessä takaisin kotitukikohtaan luotamme 4G -sovittimeen, joka antaa meille suuren kaistanleveyden, jota tarvitsemme lähettämään komentoja robotille ja vastaanottamaan videon takaisin.

Aurinkoenergia on avain SOLARBOI: n tehtävään, joten nimi. 20 W: n aurinkopaneeli on asennettu hyödyntämään aurinkoa parhaalla mahdollisella tavalla myös pilvisenä päivänä. Sitä käytetään akkujen lataamiseen päiväsaikaan, jotta SOLARBOI voi ajaa yöllä kaukana uteliaista katseista ja ilkivallan tunkeilijoista. Muussa tapauksessa tyhjennämme paristot liian nopeasti. Näin ollen Pi on sammutettava suurimman osan ajasta, mutta se on kytkettävä päälle säännöllisin väliajoin, jotta voimme ilmoittaa SOLARBOI: n sijainnin ja antaa meille mahdollisuuden kirjautua sisään ja ajaa robottia halutessamme. Tämän saavuttamiseksi Arduino Pro Micro suorittaa erityisohjelman, joka käynnistää SOLARBOI -toiminnon jokaisen tunnin viiden ensimmäisen minuutin ajan. Jos kirjaudumme robottiin Mission Controlista, se pysyy päällä, jolloin voimme suorittaa tehtävän. Jos se ei havaitse yhteyttä, se käynnistää Raspberry Pi -laitteen takaisin alas säästääkseen energiaa ja hyödyntääkseen parhaiten käytettävissä olevaa aurinkovoimaa. GPS: ää käytetään myös varmistamaan, että Mission Control on aina tietoinen SOLARBOI: n sijainnista. Ajamalla maaseudulla kuolleena yönä, voi olla erittäin vaikeaa navigoida pelkästään visuaalisten vihjeiden avulla. Näin GPS: n avulla voimme ylläpitää robotin sijaintia ja saavuttaa tavoitteemme syvälle Australian alueeseen.

Vaihe 2: Vaihe 2: Ohjelmisto

On selvää, että roverilla on kaikki hyvin, mutta se tarvitsee ohjelmiston, jotta se toimisi. SOLARBOI -ohjelmistoa kehitetään jatkuvasti, mikä mahdollistaa paremman suorituskyvyn ja helpottaa käyttöä ajan myötä.

Rover käyttää Raspbiania, Raspberry Pi Zeron oletuskäyttöjärjestelmää. Mission Control toimii Windowsissa. Tämä aiheuttaa joitakin ongelmia, kun eri Linux -apuohjelmat on asennettava erityisesti Mission Controliin. Viime kädessä tämä asetus on kuitenkin antanut meille mahdollisuuden ajaa monia onnistuneita kilometrejä SOLARBOI: n avulla ja tekee työnsä hyvin. Video lähetetään robotista takaisin tehtävänhallintaan Gstreamerin kautta. Sitä on vaikea käyttää, eikä se ole dokumentoitu aloittelijalle. Sen avulla voimme kuitenkin saada matalan latenssin ääni- ja videovirran robotilta, joka on juuri tarpeeksi hyvä, jotta voimme ajaa ilman liikaa ongelmia. Keskeytyksiä tapahtuu, ja viive on jonkin verran, mutta kun rakennat maailman ensimmäisiä robotteja maaseudulle tutustumiseen, saat parhaan hyödyn siitä, mitä sinulla on! Suoratoisto tapahtuu Raspberry Pi -kameran alkuperäisellä H264 -tekniikalla, jotta Pi Zero ei kuormitu liikaa kuormittamalla transkoodausta lennossa. Robotin hallinta tapahtuu mukautetun Python -koodin kautta, jossa on palvelin/asiakasarkkitehtuuri. PiGPIO: n ja Servoblasterin kaltaisten kirjastojen avulla pystymme helposti ohjaamaan robotin käyttöjärjestelmää ja muita toimintoja reaaliajassa. Asennus onnistuu hyvin kehittyneen Raspberry Pi -ekosysteemin ansiosta.

Käytämme Pythonissa erilaisia kirjastoja telemetrian näyttämiseen näytöllä. Tärkeintä on MatPlotLib, joka piirtää akkukaavion Mission Controliin, jonka avulla voimme seurata SOLARBOI: n suorituskykyä live -tehtävän aikana.

Vaihe 3: Vaihe 3: Asiat, jotka opit vain kentällä

Mikään suunnitelma ei selviä ensimmäisestä kosketuksesta vihollisen kanssa, kuten sanotaan. Juuri tällä tavalla SOLARBOI on käynyt läpi monia kokeita yrittäessään navigoida vanhanaikaiseen puhelinlaatikkoon New South Walesin maaseudulla. Nämä ovat oppitunteja, jotka voidaan usein oppia vain kentällä, ja ne olemme oppineet kovalla tavalla. Jos robotti erottuu ympäristöstään, ohikulkijat löytävät sen helposti latauksen aikana. Alustan pienen koon ja painon vuoksi SOLARBOI voidaan helposti varastaa tai tuhota, joten se epäonnistuu tehtävässään. Tämä on riski, jonka otamme joka kerta, kun lähetämme luonnossa. Tämän lieventämiseksi SOLARBOI on maalattu vihreänviimeistelyksi yrittäen sulautua sisään. Turvallisen lataustilan löytäminen runsaalla auringonvalolla mutta minimaalisella näkyvyydellä on jatkuva haaste. sen tiellä. Meillä on ollut ongelmia jäädä kiinni kiviin tai törmätä pieniin puihin. Useimmiten tämä johtuu kamerasta, jolla on huono näkökenttä, heikko valaistus yöllä ja kuljettajan äärimmäinen väsymys. Päivityksemme parempiin ajovaloihin ja kalansilmälinsseihin pyrkivät estämään tämän ongelman tulevaisuudessa. Hidas ja vakaa edistyminen suoran nopeuden sijasta on myös hyvä mantra elää, jotta vältytään törmäämästä kohteisiin ajaessasi 500 ms: n videoviiveellä. Se tarkoittaa, että SOLARBOI -laitteiston on oltava huippukunnossa, jotta monen tunnin matka käyttöalueelle ei ole turhaa. Tämä on maksanut meille paljon bensiiniä ja aikaa menneissä tehtävissä, ja aiomme välttää sitä tiukoilla testeillä tulevaisuudessa. Siitä huolimatta se on otettava huomioon, kun robottia käytetään kaukaa. Kahvilan on oltava käsillä, jotta miehistö pysyy terävänä ja valppaana, sekä vettä asianmukaisen nesteytyksen ylläpitämiseksi. Selkeä ja ajantasainen telemetria auttaa myös ongelmien nopeassa diagnosoinnissa, ja matalan latenssin videosyöttö, joka ei sisällä keskeytyksiä, on paras sujuvaan ajamiseen Australian erämaassa., kiertää kulkevia autoja, villieläimiä tai Shackleton the Catia, jonka tapasimme tehtävässä 1. Kaiken kaikkiaan SOLARBOIlla on paljon pidemmälle matkaa tulevissa tehtävissä, ja mieluiten hän viettää monta kuukautta kentällä tutkimalla kauas. Jos haluat seurata SOLARBOI: n matkaa, seuraa Twitch.tv: tä ja Youtubea ja nauti alla olevista tehtävistä! Kuten aina, uusia seikkailuja on luvassa, kun SOLARBOI kehittyy ja matkustaa yhä kauemmas kotoa!