Sparky - DIY -verkkopohjainen läsnäolorobotti: 15 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:04

Nimi Sparky perustuu lyhenteeseen Self Portrait Artifact Roving Chassis I, joka on hankala otsikko taideprojektille, joka aloitettiin 90 -luvun alussa. Siitä lähtien Sparky on kehittynyt ylisuurista RC-lelusta, jossa on pari vauvanvalvontakameroita, täysin verkkokäyttöiseksi itsenäiseksi teleläsnäolorobotiksi. Vuosien varrella on ollut monia erilaisia versioita, joissa on käytetty laajaa valikoimaa tekniikoita ja ratkaisuja, mutta joilla on aina sama tavoite tarjota alusta live -videon läsnäololle ja etähallinnalle. Suurin osa tähän hankkeeseen tarvittavista varusteista on saatavana valmiina, ja suuri osa käyttämistäni tuotteista oli jo kaupassani aiemmista projekteista. Sparky käyttää Skypeä videokeskustelun perustana sekä joitakin mukautettuja ohjelmistoja (ja lähdekoodia), joita tarjoamme peruspyöräkäyttöisille servo-ohjaimille. Voit muokata tätä koodia lisätäksesi robottisi toimintoja - mukaan lukien lisää servoja, tartuntavarsia ja antureita - vain mielikuvituksesi ja nerokkuutesi rajoittavat sinua. Muista, että jokainen robotti on erilainen, joten tämä opas ei ole täydellisiä ohjeita. Ajattele sitä lähtökohtana, perustana, jolle suunnittelet ja rakennat oman ainutlaatuisen Sparky -luomuksesi.

Vaihe 1: Osat - Runko ja voimansiirto

Alusta ja voimansiirto: Vex on suosittu opettavainen robottisarja. Se muistuttaa paljon perinteistä Erector -sarjaa, johon on lisätty hienostuneita servomoottoreita, pyöriä ja hammaspyöriä (VEX sisältää myös oman ohjelmointikielen ja tietokonelevyn täydellisten robottien valmistamiseksi, mutta emme käytä niitä Sparkyssä).

Vaihe 2: Osat - virta

Virta: Pienikokoinen 12v, 7Ah harrastusakku. Yhdessä suorituskykyisen DC-AC-invertterin kanssa se tuottaa tarpeeksi mehua robotin käyttämiseen muutaman tunnin yhdellä latauksella.

Vaihe 3: Osat - aivot

Aivot: Ensimmäisen sukupolven Mac Mini on halpa ja tarjoaa suurta tehoa ja toiminnallisuutta pienessä paketissa, johon kuuluu WiFi, Bluetooth ja tarpeeksi portteja kaiken kytkemiseen (USB, Ethernet, FireWire, ääni).

Vaihe 4: Osat - Hermosto

Hermosto: Sparky käyttää tietokoneen ja servomoottoreiden välisen aukon sulkemiseen MAKE -ohjainkorttia.

Vaihe 5: Ohjelmisto

Ohjelmisto: Sparky käyttää Skypeä, suosittua ilmaista VoIP- ja videokeskusteluohjelmistoa nykyisen telepresence-asennuksen perustana, mutta olemme lisänneet sen chat-toimintoja mukautetulla ohjelmistolla, joka lisää servomoottorin ohjausta. Näitä tiedostoja voidaan muokata, jotta voit lisätä muita toimintoja, kuten antureita, tartuntavarsia ja paljon muuta.

Vaihe 6: Muut komponentit

Muut komponentit: LCD -näyttö, hiiri, näppäimistö Verkkokameran kaapelit - USB, Firewire, Ethernet, virta, video, ääni Säädettävä virtalähde servovoiman lisäämiseksi Pyörät

Vaihe 7: Työkalut

Työkalut: Kuusiokoloavain Vex -ruuvimeisselin katkaisijoille Erilaisia vetoketjuja

Vaihe 8: RUNKO JA AJOJUNTA -1

Aiemmat Sparkyn rungon versiot ovat perustuneet eri materiaaleihin, mukaan lukien hitsattu teräs, legot ja paljon muuta. Nykyisessä Sparkyn versiossa hyödynnetään VEX-robottisuunnittelujärjestelmää, jossa käytetään Erector Setin kaltaisia teräspalkkeja, levyjä ja muttereita/pultteja sekä mukana toimitettuja hammaspyöriä, pyöriä ja akseleita. Nämä sarjat säästävät paljon aikaa, kun tiedät botin tarkat mitat. Pari yleistä pyörää tarjoavat ketteryyttä ahtaissa käännöksissä. Voit rakentaa samanlaisilla leluasteikon materiaaleilla tai valmistaa kestävämmän kehyksen hitsatusta teräksestä aivan kuten alkuperäinen Sparky.

Vaihe 9: RUNKO JA AJOJUNTA - 2

VEX-sarja sisältää monia hienoja osia, mukaan lukien vakio-servot, joiden liikealue on rajoitettu 180*, mutta myös kaksi täyskiertomoottoripalvelua, jotka pyörivät täysin ympäriinsä kuin tasavirtamoottorit. Nämä ovat käteviä, koska ne yksinkertaistavat vaatimuksia täyden pyörimisen aikaansaamiseksi. (Alkuperäisessä Sparky-robotissa oli 2 rajoitetun kantaman servoa, mutta ne eivät ajaneet robotin pyöriä suoraan. Sen sijaan ne fyysisesti liikuttivat potentiometrejä, jotka oli kytketty alkuperäiseen pyörätuoliin, ohjaavat näennäisesti monimutkaista Rube Goldbergin kaltaista ratkaisua, joka on toiminut yllättävän hyvin vuosia. mutta silti saa useimmat insinöörit hermostumaan!).

Vaihe 10: RUNKO JA AJOJUNTA - 3

VEX -servot eivät ole kovin tehokkaita, mutta käyttämällä mukana toimitettuja hammaspyöriä ne voivat silti antaa pyörille riittävän vääntömomentin nopeuden uhrauksella. Se toimii riittävän hyvin kovilla pinnoilla, mutta kamppailee matolla tai jopa pienillä kolhuilla. Seuraava askel voi olla lisätä joitakin vahvempia täyskiertoservoja tai jopa hypätä tasavirtamoottoreihin, vaikka se vaatisi myös lisäohjelmointia.

Vaihe 11: RUNKO JA AJOJUNTA - 4

Melko vähän aikaa on kulunut VEX -alustan uusimiseen, jotta se pysyisi mahdollisimman kevyenä ja kaikki osat pysyisivät kunnossa. Näytön valinta oli erityisen haastavaa. Käytin alun perin kevyttä 7 LCD -näyttöä, mutta sen resoluutio oli niin alhainen, että sitä oli mahdotonta nähdä hyvin. Viime kädessä vanha 17 LCD -näyttö teki tempun, vaikka se lisäsi huomattavasti painoa. Toinen rakennusongelma on painonjako. Akku, vaihtosuuntaaja ja virtalähteet on sijoitettava siten, että niiden paino on keskitetty pyörien väliin eikä rasita liikaa kumpaakaan. Kaikki nämä asiat muodostavat yhdessä haastavan palapelin tiiviisti pakatuista komponenteista ja vetoketjullisista kaapeleista.

Vaihe 12: TIETOKONE JA PERIPHERAALIT

Yksi syy siihen, miksi nykyinen Sparky on niin pieni, johtuu Mac Minin inspiroivasta koosta. Oli huomattava oivallus, että tämän projektin toteuttamiseen tarvittava laskentateho oli vähentymässä. Aiempia ponnisteluja olivat täysikokoinen G4-työpöytä, Luxo Lamp iMac ja jopa harvoin näkevä Mac Cube. Olen jopa alkanut kurkistaa ajatukseen iPhone Sparkystä, mutta sillä on omat ongelmansa ja tietokonelaitteiston yhdistäminen on yksinkertaista. Kun katsot Macin takaosaa L -R, siinä on virtakaapeli, Ethernet (MAKE -ohjaimeen), Firewire (iSight), näyttökaapeli, USB (MAKE -ohjain), toinen USB (näppäimistö ja hiiri). Kaikki ylimääräiset kaapeloinnit, tehopalikat jne. On kiinnitetty vetoketjuun ja kiinnitetty runkoon. Macissa on kolme vaihtovirtajohtoa, LCD-näyttö ja MAKE-kortti, jotka kaikki menevät DC-AC-invertteriin kytkettyyn 3-suuntaiseen jakajaan, joka on pakattu tiiviisti 12 V: n akun viereen. Ethernet- ja USB-kaapeli liitetään MAKE-ohjaimeen, toinen dataan, toinen virtalähteeseen. Tässä vaiheessa se toimii toimivalla WiFi-yhteensopivalla tietokoneella, joka on akkukäyttöinen, kytketty MAKE-korttiin ja istuu pyörillä (mutta ei vielä ajettavissa)). Nyt on hyvä aika testata asioita. Käynnistä se ja vianmääritys kaikkiin ääni-, video-, WiFi- jne. Ongelmiin ja lataa ja käytä Skype -puheluita videopuheluiden soittamiseen. Muista poistaa kaikki nämä mahdolliset haitat ennen kuin siirryt seuraavaan vaiheeseen.

Vaihe 13: VALMISTA OHJAIN

Ohjainkortti tarvitaan fyysisen yhteyden muodostamiseen Macin ja servomoottorien välillä. Taulu vastaanottaa komentoja tietokoneelta ja muuttaa ne sähköimpulsseiksi, jotka pyörivät moottoreita. Se voi myös ottaa vastaan signaaleja antureista (infrapuna, kosketus, valo) ja lähettää tiedot takaisin tietokoneelle. Saatavana on monia erilaisia ohjaimia. Yksi suosituimmista on luultavasti Arduino, halpa, avoimen lähdekoodin ohjainkortti, jota monet suosivat. Sain MAKE -levyn muutama vuosi sitten, kun se oli tuskin poissa prototyyppivaiheesta. Taulun uudemmat versiot ovat samanlaisia, mutta luultavasti hieman yksinkertaisempia asentaa. Suosittelen lämpimästi vierailemaan MakingThings -sivustolla, jossa on viimeisimmät laiteohjelmistot ja muut pelin päivitykset. Parasta Sparkylle ovat 4 plug-and-play-servokorttipaikkaa. VEX -servot kytketään paikkoihin 0 ja 1, mikä säästää paljon aikaa ja vaivaa liitäntöjen luomisessa tyhjästä. MAKE -kortissa on myös kätevä servovirran kytkin, joka voi tulla suoraan pois MAKE -levyltä 5 V: n jännitteellä, tai ulkoinen virtalähde voidaan liittää mehun lisäämiseksi jopa 9 volttiin. Sparky s VEX -moottoreihin kohdistuu enemmän painoa kuin niille on nimetty, joten lisäteho auttaa pyörien pyörimisessä (moottoreissa näyttää olevan sisäinen katkaisupiiri, joka estää niiden palamisen, jos niitä käytetään liian paljon). Jos käytät Arduinoa tai jotain muuta ohjainkorttia, etsi verkosta servojen ajamiseen tarvittavat tiedot. Sen pitäisi olla melko helppo löytää.

Vaihe 14: OHJELMISTOT

Sparkyn tosiasiallinen käyttö edellyttää kahta tietokonetta-sisäistä Mac Miniä ja jotakin muuta tietokonetta, joka on verkkokäyttöinen ja valmis videokeskusteluun. Ajattele tätä toista tietokonetta Sparkyn ohjauskoppina. Käytän vanhaa PowerBookia ja iSight -kameraa. Molemmat tietokoneet vaativat Skypen. Sparky-projekti käyttää sitä videokeskusteluun, mutta hyödyntää myös tekstikeskustelutoimintoaan kenkäpyörän moottorin ohjauskomennoille Skype-yhteyden kautta- joten jos Skype muodostaa yhteyden, robotti on ajettavissa ilman lisäyhteyttä niiden välillä. Skypeen, Sparky vaatii mukautetun laajennusohjelmiston. Ohjauskopin laajennuksen mukana tulee videopelityyppinen, näppäimistöön yhdistetty WASD-ohjain. Näppäimistön kopitukset lähetetään tekstiviesteinä Skypen sisällä Sparkyn Mac Mini -laitteeseen, jossa toinen laajennuksen kopio vastaanottaa tekstiviestit ja muuntaa ne liikekomennoiksi, jotka lähetetään MAKE-ohjaimelle, joka lähettää virtaa servoille. Tässä on mukautettu ohjelmisto Tässä on ohjelmisto -ohjeet

Vaihe 15: OLE SPARKY

Driving Sparky on ainutlaatuinen kokemus, sekoitus marsilaista rover -simiä ja live -sosiaalista verkostoitumista, joita on yhdistetty usein teknisiin paloharjoituksiin. Se saa ihmiset ajattelemaan sekä pelkojaan että vetovoimaa ajatukseen ihmisen ja koneen hybridistä. Mutta on hämmästyttävää, kuinka nopeasti ihmiset näyttävät unohtavan puhuvansa puolikoneisella kyborgin kanssa, ja muutaman keskustelun aikana Sparky pystyy luomaan todellisen, inhimillisen yhteyden osallistujien välille. Vuosien varrella Sparkyn versiot ovat toimineet gallerian opas, jazzlaulaja ja bändijohtaja, bileiden isäntä ja virtuaalinen Burning Man -osallistuja. Mutta Sparkyn potentiaali on paljon suurempi kuin nämä esimerkit. Mitä voit saada Sparkyn tekemään? Minne ottaisit sen? Miten näet, että läsnäolorobotit vaikuttavat siihen, miten olet vuorovaikutuksessa maailman kanssa?