3D -tulostettu Raspberry Pi Zero -robotti: 12 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Oletko koskaan halunnut rakentaa robotin, mutta sinulla ei vain ollut kaikkia materiaaleja rakentaaksesi sitä ilman, että päädyit tarpeettoman kookkaaseen alustaan? 3D -tulostimet ovat täällä pelastamassa päivän! He voivat paitsi luoda osia, jotka ovat yhteensopivia käytännöllisesti katsoen minkä tahansa laitteiston kanssa, ne voivat tehdä sen myös erittäin tilaa tehokkaasti. Tässä näytän sinulle, kuinka luoda hyvin yksinkertainen robotti, jossa on 3D -painetut osat, Raspberry Pi Zero ja Pi -kamera. Kehotan teitä ottamaan ja muokkaamaan tekemiäni asioita käytännön tai viihdetarpeidesi mukaan. Robotin hallitsemiseksi ja kameran syötteen tarkastelemiseksi rakensin IOS -sovelluksen (PiBotRemote -sovelluksen), jota voit vapaasti käyttää ja muokata. Todellinen voima tällaisissa projekteissa kuitenkin johtuu sekä laitteistojen että ohjelmistojen mahdollisuuksien moninaisuudesta. Joten kehotan teitä olemaan luovia ja lisäämään tekemiäni asioita sen mukaan, mitä osaatte tehdä. Esimerkiksi mielestäni olisi hienoa saada tämä robotti käyttämään konenäköä ympäristön tunnistamiseen ja navigoimaan samalla tavalla kuin itse ajava auto.

Vaihe 1: Vaatimukset

• Materiaalit

  • Pakollinen (noin 75 dollaria)

    • Raspberry Pi Zero W (10 dollaria)
    • Micro SD -kortti (8,25 dollaria)
    • 40 -nastainen otsikko (3,25 dollaria)
    • Hyppyjohdot (6,86 dollaria)
    • USB -akku (5,00 dollaria)
    • 900 kierr./min mikrovaihdemoottori x 2 (12,95 dollaria kukin)
    • Moottoriajuri (4,95 dollaria)
    • Pyörät (6,95 dollaria)
    • 14 mm teräskuulalaakeri (0,62 dollaria)
    • Ruuvit, mutterit ja pysäytykset (katso alla)

  • Valinnainen (noin 45 dollaria)

    • LEDit
    • Raspberry Pi -kamera (29,95 dollaria)
    • Pi Zero -kamerasovitin (5,95 dollaria)
    • Servomoottori (8,95 dollaria)

  • Työkalut

    • 3D -tulostin ja -lanka
    • Tietokone (käytän macia, ja tarvitset sellaisen, jos haluat käyttää PiBot Remote -sovellusta)
    • iPhone/iPad/iPod Touch (jos aiot käyttää sovellusta)
    • Porata
    • Ruuvimeisseli, jossa on vaihdettavat kärjet

Lisätietoja osista

• Pi Zero: Jos haluat käyttää Pi Zeroa vain tähän projektiin, pärjäät jatkuvasti ilman päätä. Muussa tapauksessa, jos haluat koskaan liittää HDMI -lähdön tai USB -oheislaitteen, sinun on ostettava lisäsovittimia. Tässä tapauksessa se on todennäköisesti kustannustehokkain vaihtoehto ostaa Pi Zero -sarja, kuten tämä (24 dollaria), ostin amazonin. Vaikka minun piti vielä ostaa micro SD -kortti, tämän sarjan mukana tuli Pi Zero, sekä tarvittavat sovittimet että monia erilaisia otsikoita. Kaikista niistä voi olla hyötyä.
• Micro SD -kortti: Voit käyttää mitä tahansa Micro SD -korttia, kunhan siinä on vähintään 8 Gt tallennustilaa.
• Hyppyjohdot: Pidän tällaisista puseroista, koska ne tulevat yhdistettynä nippuna. Tämän avulla voin erottaa esimerkiksi 9-johtimisen osan ja yhdistää siististi Pi: n ja moottorin ohjaimen.
• USB -akku: Sparkfunilta ostamani akku on sittemmin lopetettu. Tämän seurauksena sinun on löydettävä se muualta. Linkittämäni näytti samanlaiselta kuin minun, mutta en ole ostanut sitä, ja sinun on ehkä muokattava tulostustiedostoja akun mukaan. Varmista, että löydät akun, johon on liitetty mikro -USB -kaapeli, koska sen avulla voit kytkeä sen suoraan pi -laitteeseen ilman ylimääräistä johtoa.
• Moottorin kuljettaja: Suosittelen linkittämäni sukeltajan käyttöä, koska se on melko halpaa ja painatus on suunniteltu sopimaan tälle levylle. Lisäksi muut levyt voivat toimia eri tavalla, ja saatat saada erilaisia tuloksia.
• 14 mm: n teräskuula: Käytin tätä palloa vain siksi, että satun olemaan asettamassa sitä. Voit vapaasti käyttää muita kokoja, mutta saatat joutua muuttamaan pistorasian kokoa. Pallo toimii robottimme kolmantena pyöränä. Tämä on yksi robotin suunnittelualueista, joka on tällä hetkellä ongelmallisin ja voisi hyödyntää eniten. Vaikka se toimii hyvin sileillä, kovilla pinnoilla, sillä on vaikeuksia matoilla ja karheilla pinnoilla. Voit vapaasti muuttaa tätä suunnittelualaa.
• Ruuvit, mutterit, pysäytykset: Sinun on ehkä työskenneltävä hieman löytääksesi sinulle sopivat ruuvit. Löysin yksinkertaisesti ruuvit, jotka kiinnittävät Pi: n, sekä ruuvit, jotka pitävät Pi -kameran telineen yhdessä isäni ruuvikokoelmasta. Moottorin kiinnikkeissä ja pistorasioissa käytin näitä (2,95 dollarin) ruuveja ja näitä (1,50 dollarin) muttereita, jotka molemmat ovat saatavana Sparkfunissa. Koulutuksen käyttämättömistä VEX -sarjoista otetut pysäytykset ja 8 ruuvia (sisällytin vahingossa vain 4 kuvassa), jotka pitävät robotin yhdessä.
• LEDit: Tiedät varmasti, mistä löydät helposti LED -valoja. Valitse mitä värejä haluat edustaa toiminnoille: teho, yhteys, robotin toistopolku ja robotin vastaanotto -ohjeet.
• Kamera ja servo: Riippuen siitä, mitä haluat tehdä robotillesi, voit olla sisällyttämättä kameraa ja servoa, koska ne eivät ole välttämättömiä perusliikkeelle, ja lisää 45 dollaria robotin hintaan.

Vaihe 2: Pi Zero Setup

Napsauta tätä linkkiä asentaaksesi päätön asennus Raspberry Pi Zero W -laitteeseesi

• Älä unohda, että Pi Zero ei voi muodostaa yhteyttä 5 GHz: n Wi-Fi-verkkoon
• Muista noudattaa Raspbian Stretch tai sitä uudempia ohjeita

Kun olet muodostanut yhteyden SSH: n kautta pi -laitteeseesi, suorita

sudo raspi-config

ja muuta seuraavia kokoonpanoja:

• Vaihda salasanasi. On erittäin vaarallista jättää oletussalasana vadelma. Muista tämä salasana.
• Muuta Verkko -asetuksissa isäntänimi raspberrypistä johonkin lyhyempään, kuten pizero tai pibot. Käytän pibotia tämän opetusohjelman loppuosassa. Muista muistaa mitä laitoit tänne.
• Valitse Käynnistysasetukset -> Työpöytä / CLI -kohdassa Konsolin automaattinen kirjautuminen
• Siirry liitäntävaihtoehtoihin ja ota kamera käyttöön

Valitse Valmis ja käynnistä laite uudelleen.

Vaihe 3: Määritä AdHoc -verkko

Kun perustamme AdHoc -verkon, voimme yhdistää ohjauslaitteemme suoraan robottiin ilman välittäjiä. Tämä mahdollistaa nopeamman videon suoratoiston ja pienemmän hallinnan latenssin. Tämä vaihe ei kuitenkaan ole välttämätön, koska kaikki toimii edelleen tavallisen wifi -verkon kautta.

Ensin sinun on ladattava ja purettava kaikki tarvittavat tiedostot GitHubista. Siirry päätelaitteessa ladattuun kansioon ja lähetä PiBotRemoteFiles -kansio pi: lle komennolla:

scp -r PiBotRemoteFiles/ [email protected]: Työpöytä/

Tämä lähettää kaikki tarvittavat tiedostot robotille, joka ohjaa sitä ja perustaa AdHoc -verkon. Varmista, että tiedostot ovat työpöydällä olevassa PiBotRemoteFiles -kansiossa. muuten monet asiat eivät toimi tiellä. Jos käytät PiBot Remote -sovellusta, voit vaihtaa tavallisen Wi-Fi- ja AdHoc-verkon välillä sovelluksen asetuksissa. Muussa tapauksessa voit muuttaa sen manuaalisesti SSH: n kautta jollakin seuraavista komennoista:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Varmista tietenkin, että olet siirtynyt PiBotRemoteFiles -kansioon, ennen kuin suoritat edelliset komennot. Kaikki AdHocin ja Wi-Fi: n väliset muutokset tulevat voimaan vasta seuraavan uudelleenkäynnistyksen jälkeen. Jos AdHoc on määritetty, sinun pitäisi nähdä PiBot -verkko, kun Pi Zero käynnistyy.

Vaihe 4: Lisää virran merkkivalo

Vaikka se on varmasti tarpeetonta, voi olla hyödyllistä käyttää virtavaloa. Aktivoidaksesi tämän, SSH osaksi Pi Zero ja suorita komento:

sudo nano /etc/bash.bashrc

Ja lisää seuraava rivi tiedoston loppuun:

python /home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

Muutamme myöhemmin virran merkkivaloon liittyvän GPIO -nastan.

Vaihe 5: RPi Cam Web Interface Setup

Raspberry Pi Cameras -videovirran käyttämiseksi käytämme RPi-Cam-Web-käyttöliittymää. Tietoja tästä moduulista löytyy täältä ja niiden koodi on GitHubissa. Moduulin asentamiseksi meidän on ensin päivitettävä Pi. Tämä voi kestää noin 10 minuuttia.

sudo apt-get päivitys

sudo apt-get dist-upgrade

Sitten meidän on asennettava git:

sudo apt-get install git

Ja voimme vihdoin asentaa moduulin:

git -klooni

RPi_Cam_Web_Interface/install.sh

Kun moduuli on asennettu, kokoonpanoikkuna tulee näkyviin. Jos haluat lisätä käyttäjätunnuksen ja salasanan, muista käyttää samaa käyttäjätunnusta ja salasanaa kuin pi -tilisi. Muussa tapauksessa PiBot Remote -sovellus ei voi vastaanottaa kameravirtaa.

Jos nyt siirryt selaimeen laitteessa, joka on samassa verkossa kuin Pi ja jos kamera on kytketty pi: hen, voit vastaanottaa virran siirtymällä osoitteeseen https://pibot.local/html/#. RPi -käyttöliittymä mahdollistaa kameran helpon hallinnan, ja napauttamalla tai napsauttamalla videota, siitä voi tulla koko näyttö. Käytämme tätä myöhemmin PiBot -etäsovelluksen kanssa.

Olemme nyt valmiit asentamaan Pi Zeron ja aloittamaan hauskat asiat!

Vaihe 6: Tulosta kaikki

Vaikka käytin Dremel 3D -tulostinta PLA -filamentilla, voit vapaasti käyttää omia tulostimia ja materiaaleja. Kaikki STL -tiedostot ovat GitHubista lataamassasi kansiossa. Pystyin tulostamaan kaiken neljässä erässä: ylälevyn, pohjalevyn, kaikki kiinnikkeet ja pistorasiat sekä renkaan. Ole luova värivalinnassasi ja hyödynnä kaikki 3D -tulostimien ominaisuudet. Tulostimessani ei ollut kaksoispuristusta tai mitään sellaisia hienoja ominaisuuksia, mutta jos minulla on pääsy tällaiseen tulostimeen, suosittelen tulostamaan ylälevyn yläosan koristeet kontrastivärillä. Sinun on todennäköisesti viilattava ja porattava, jotta jotkut osat sopivat.

Voit maalata ylälevyn, jotta LED -symbolit ja koristeet näkyvät.

Olet ehkä huomannut kaksi kiinnitystä pohjalevyn päissä, jotka muistuttavat GoPro -kiinnitysjärjestelmää. Voit vapaasti käyttää näitä kiinnittääksesi mitä haluat robotin etu- tai takaosaan. Tehosekoitintiedostosta löydät käyttämäni kuivapyyhintäkiinnityksen sekä malliobjektin, jota voit muokata pitämään objektisi.

Voit myös vapaasti määrittää minkä suunnan tahansa eteenpäin; Olen vaihtanut tähän mennessä ainakin kolme kertaa.

Vaihe 7: Juotos otsikoissa

Vaikka päätin juottaa otsikot PiZeroon, voit juottaa johdot suoraan pi: hen. Jos päätät juottaa otsikoita kuten minä, suosittelen käyttämään sellaista, jossa on oikea kulma kuin minun. Se pitää johdot paljon piilossa ja saa kaiken näyttämään paljon siistimmältä.

Nyt on aika juottaa moottorin kuljettaja. Pohjalevy on suunniteltu erityisesti tätä Sparkfun -moottorikäyttöä varten, ja siinä on tilaa tapin otsakkeelle, jonka avulla pohja voidaan työntää ulos. Tämä mahdollistaa moottorin tappien helpon vaihdon, jotta voit vaihtaa vasemmalle ja oikealle sekä eteen ja taakse. Vaikka sisällytän seuraavaan vaiheeseen, suosittelen voimakkaasti odottamaan muutamaa vaihetta, kunnes tiedät tarkalleen, kuinka kauan johtojesi on oltava. Katkaise 9-johtiminen osa hyppytappeista, jotka ovat yhteensopivia juuri pi-juotettujen otsatappien kanssa. Juotos jokainen johto varovasti, jotta ryhmä voi maata yhdessä ja kietoutua akun ympärille. Mittaa langan pituus etukäteen, jotta et saa liian vähän tai liikaa.

Lopuksi on aika juottaa LEDit. Kiinnitä ne ylälevyn omiin paikkoihinsa ja taita kaikki maadoitetut tapit päällekkäin. Juotos yksi johto maahan ja yksi johto jokaiseen LED -valoon. Vasemmalta oikealle merkkivalojen toiminnot ovat: robotin teho, sovelluksen yhteys robottiin, robotti toistaa tallennetun polun ja robotti vastaanottaa ohjeita.

Juottaa myös johdot jokaiseen moottoriin, jotta ne voidaan kytkeä moottorin ohjaimesta tuleviin otsikoihin.

Vaihe 8: Kierrä moottori ja pistorasia kiinni

Aseta ensin jokainen moottori moottorin kiinnikkeeseen. Työnnä sitten kukin ruuvi osittain sisään, kunnes kärki saavuttaa telineen tai hylsyn pinnan. Pidä sitten jokaisen ruuvin kohdalla kiinni mutteri levyn toisella puolella kiristäessäsi ruuveja. Muista laittaa laakeri kahden hylsyn väliin, kun ruuvaat toista. Aseta moottorin ohjain paikalleen ja kytke moottorit. Ei ole väliä, mikä moottori on kytketty kuhunkin ulostuloon, koska voit vaihtaa sen helposti, kun robotti on käynnissä.

Vaihe 9: Valmista kamera ja servo

Liitä Pi Zero -sovitinnauha kameraan ja ruuvaa kamerakotelo yhteen. Aseta servo paikalleen. Voit porata ruuvinreikiä servolle, mutta se on tarpeeksi tiukka. Kiinnitä kamera servoon haluamallasi tavalla. Tällä hetkellä minulla on kaksi reikää kiinnikkeessä, niitti kulkee servosarven ja kamerakotelon läpi. Se jättää kuitenkin paljon heiluttelua, joten kannattaa käyttää superliimaa. Suuntaa kamera haluamaasi suuntaan ja ruuvaa servosarvi paikalleen. Työnnä kameranauha vadelman raon läpi ja liitä se pi. Lopuksi taita nauha niin, että se pysyy tasaisesti akkua vasten.

Vaihe 10: Yhdistä kaikki

On vihdoin aika, että kaikesta tulee yksi kappale. Liitä johdot LED -valoista, moottorin ohjaimesta ja servosta Pi -laitteeseen siten, että käytät vain kelvollisia tappeja, mutta pidä ne lähellä ulostuloa. Vie sitten johdot aukkojensa läpi ja ruuvaa pi paikalleen. Tämä on suunniteltu tiukasti istuvaksi pitämään asiat siistinä, joten älä luovuta, kun näyttää siltä, että niille isoille hyppyneuloille ei ole tarpeeksi tilaa.

Kierrä jokainen tukijalka pohjalevyyn niin, että jokainen on turvallinen. Aseta akku paikalleen ja varmista, että virtajohto mahtuu aukon läpi ja Pi Zeron virtaporttiin. Kierrä moottorin ohjaimen johdot sen ympärille ja aseta rengaspiikki kaiken ympärille. Kun olet puristanut kaikki johdot akun ja ylälevyn väliseen tilaan, alalevyn pieni harja renkaaseen ja kaksi korkeaa pistettä renkaassa ylälevyyn. Voit nyt ruuvata ylälevyn tiukalle ja olet rakentanut robotin!

Vaihe 11: Avaa Xcode -projekti

Seuraavat vaiheet koskevat vain, jos käytät PiBot Remote -sovellusta, joka vaatii Macin ja IOS -laitteen.

Koska olen halpa enkä ole maksanut Apple -kehittäjätiliä, voin jakaa vain Xcode -projektin, en itse sovellusta. Voit sitten avata projektin itse, muuttaa allekirjoitusta ja käynnistää sen omalla laitteellasi.

Jos sinulla ei vielä ole Xcodea, lataa se Macin sovelluskaupasta. Kun Xcode on latautunut, valitse "Avaa toinen projekti" oikeasta alakulmasta ja siirry GitHub-latauksen "PiBot Remote" -kansioon.

Kun projekti avautuu, napsauta juuritiedostoa vasemman reunan näkymässä nimeltä "PiBot Remote".

Vaihda "Bundle Identifier" johonkin ainutlaatuiseen. Voit korvata nimeni omallasi tai lisätä jotain loppuun.

Vaihda tiimi omaan henkilökohtaiseen tiliisi. Jos sinulla ei ole tiliä, valitse "Lisää tili".

Paina komentoa B rakentaaksesi ja toivon, että kaikki toimii oikein. Kun olet rakentanut projektin onnistuneesti, kytke laite tietokoneeseen. Napsauta vasemmassa yläkulmassa olevaa toisto- ja pysäytyspainikkeiden oikealla puolella olevaa painiketta ja valitse laitteesi.

Paina Komento-R ja sovelluksen pitäisi käynnistyä laitteellasi. Laitteesi saattaa joutua vahvistamaan henkilöllisyytensä ennen käynnistystä, ja se tarvitsee Internet -yhteyden vain tällä hetkellä.

Vaihe 12: Lopulliset säädöt

Voit säätää nastan numeroita kaikelle muulle paitsi PiBot Remote -sovelluksen virran merkkivalolle. Jos haluat vaihtaa virran merkkivalon, SSH: n tapin PI: ksi, ja suorita komento:

/home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

Vaihda 36: n kaksi esiintymää mihin tahansa käyttämääsi GPIO -nastaan. Paina sitten control-X, y, enter.

Sekä sovellus että palvelin ovat alttiita virheille. Käytä konsolia virheenkorjaustilassa selvittääksesi, mitä tapahtuu. Jos olet epävarma, yritä käynnistää Pi uudelleen ja/tai käynnistää sovellus uudelleen. Joskus koodivirheen jälkeen sovellus ei voi muodostaa yhteyttä uudelleen, koska osoite on jo käytössä. Tässä tapauksessa vaihda vain portti ja sovelluksen pitäisi muodostaa yhteys.

Lisäksi ajaessasi robottia laitteen kiihdyttimellä sinun on käytettävä joitakin hankalia eleitä kalibroidaksesi, pysäyttääksesi/käynnistääksesi, säätääksesi kameraa ja näyttääksesi/piilottaaksesi välilehden

• Kalibroi: Napauta ja pidä alhaalla kahdella sormella.5 sekuntia (jos laite tukee sitä, tunnet haptista palautetta, kun laite on kalibroitu
• Kameran säätö: Vaikein ele, kalibroi aiemmin kuvatulla tavalla, siirrä kamera ylös vetämällä sormiasi ylös ja siirrä kameraa alas vetämällä. Säätö tehdään, kun nostat sormiasi.
• Stop/Start Toggle: Kun siirryt kiihtyvyysmittarinäkymään, robotti on alun perin asetettu ohittamaan liikekomennot. Voit vaihtaa tämän asetuksen kaksoisnapauttamalla kahdella sormella.
• Näytä/piilota välilehtipalkki: Jos haluat ottaa koko näytön katselun käyttöön kiihtyvyysanturin ajaessa, välilehtipalkki piiloutuu automaattisesti muutaman sekunnin kuluttua. Jos haluat näyttää sen uudelleen, pyyhkäise ylös. Piilota se pyyhkäisemällä alas.

Jos turhaudut sovellukseeni liittyviin ongelmiin ja haitoihin, muista vain, että minulla ei ole ollut minkäänlaista muodollista koulutusta ohjelmoinnissa. Joten otan mielelläni vastaan neuvoja ja ehdotuksia. Voit haarukoida GitHub -tiedostoja.

Jos teen muutoksia GitHubiin, käytä niitä robottiin lataamalla tiedostot ja lähettämällä ne rekursiivisen SCP: n kautta Pi: hen sopivaan paikkaan. Jos kloonat Xcode -projektin, vedä muutos. Muussa tapauksessa voit ladata projektin ja avata sovelluksen laitteellasi noudattamalla vaihetta 11.

Jos teet jotain mielenkiintoista tämän opetusohjelman avulla, kerro siitä minulle kommenteissa, olen kiinnostunut näkemään, kuinka sitä voidaan käyttää mallina kaikenlaisiin kiehtoviin projekteihin.