Robot di telepresenza Snap Circuits: 9 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Le vacanze nel 2020 sono un po' diverse. La mia famiglia è sparsa in tutto il paese e, a causa della pandemia, non possiamo riunirci per le vacanze. Volevo un modo per far sentire i nonni inclusi nella nostra celebrazione del Ringraziamento. Un robot di telepresenza come il Double 3 sarebbe perfetto, tranne per il fatto che costa $ 4.000. Mi chiedevo se potevo costruire qualcosa di simile con molto meno denaro.

Snap Circuits® RC Snap Rover® è un rover telecomandato con un'elettronica progettata per il cambiamento e la sperimentazione. È della dimensione giusta per essere la base di un robot di telepresenza, e ho pensato che probabilmente potrei collegarlo per essere controllato dal web.

Se potessi montare un tablet sul rover, avrei un robot di telepresenza che permetterebbe ai nonni di partecipare alla nostra festa! Potrebbero muoversi per casa da soli e interagire con persone diverse, invece di rimanere bloccati in un posto. La novità potrebbe anche tenere loro - e i miei figli - più interessati di una normale videochiamata.

Ho fatto funzionare il robot la sera prima del Ringraziamento ed è stato un grande successo!

Con l'elettronica standard e un po' di carpenteria leggera, anche tu puoi costruire un robot di telepresenza. Nessuna saldatura richiesta!

Forniture:

Hardware

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Nota: lo Snap Rover "Deluxe" non utilizza le stesse parti e non funzionerà con questa guida. Se possiedi il Deluxe Snap Rover, dovrai acquistare un CI di controllo motore separato

• Connettori Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W o altro dispositivo con GPIO programmabili in grado di eseguire NodeJS
• Custodia per Raspberry Pi (opzionale)
• Testate a martello GPIO (femmina)
• Scheda MicroSD (4GB o più grande)
• Batteria USB e cavo Micro-USB per alimentare il Pi
• iPad o un altro tablet/telefono

• Varie Di legno:

  • Tassello in legno da 1" x 48", tagliato all'altezza desiderata
  • 2x4, ca. 10" di lunghezza
  • 2 pezzi di modanatura 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 pezzi di scarto 1x1 o simili, ca. 3" lungo
• Scatolina in cartone per fungere da porta iPad
• Cinturino in nylon, ca. 6'

Software

• Sul rover:

  • Sistema operativo Raspberry Pi Lite
  • Node.js (testato con la build non ufficiale 14.15.1 armv6 su un Pi Zero W)
  • software di controllo remoto pi-rover

• Sulla tavoletta:

  Facetime, Zoom o altri software di videoconferenza

• Sul tuo PC:

  Un client ssh (integrato in Mac + Linux; usa qualcosa come PuTTY per Windows)

Utensili

• Trapano con punta a vanga da 1"
• Pistola per colla a caldo
• Martello
• Sega
• Metro a nastro / righello

Per l'utente (nonni, ecc.)

Il nonno, o chiunque stia guidando il rover, avrà bisogno di quanto segue:

Un PC con software di videoconferenza (FaceTime, Zoom, ecc.) e un browser web

O

Un tablet/telefono con funzionalità schermo diviso e software di videoconferenza

O

• 2 dispositivi:

  • Un telefono, tablet o altro dispositivo con software di videoconferenza e
  • Un secondo dispositivo con browser Web che può essere utilizzato per controllare il browser mentre il primo dispositivo viene utilizzato per i video

Passaggio 1: selezione dell'hardware

Per controllare il rover da Internet avevo bisogno di un piccolo computer che potesse sia controllare il rover che fungere da server web in modo che un nonno potesse accedere al rover. Il Raspberry Pi Zero W è perfetto. È piccolo, ha il Wi-Fi e ha un sacco di potenza della CPU per eseguire un piccolo server web. Inoltre costa solo $ 10, che è meno costoso di praticamente tutte le altre opzioni per hobbisti. Ho ricevuto i miei accessori Pi + dalle persone eccellenti di Adafruit.

Passaggio 2: preparazione del Pi: intestazioni

La linea di giocattoli educativi Snap Circuits è come i mattoncini LEGO® per l'elettronica. Ti consentono di collegare i circuiti senza alcuna saldatura e sono relativamente a prova di bambino. Le schede elettroniche per hobbisti (come il Raspberry Pi) forniscono una serie di modi per collegare le cose, ma nessuna di esse è compatibile con Snap Circuits.

Per ovviare a questo, installeremo un'intestazione nel Pi, quindi utilizzeremo speciali cavi di collegamento "Snap to Pin" per collegare il Pi al rover senza alcuna saldatura.

Installare le testate martello femmina nel Pi utilizzando le istruzioni di installazione (etichettate "per pHAT"). È importante utilizzare le intestazioni femminili; questi ci permettono di collegare i cavi dei ponticelli.

Passaggio 3: preparazione del Pi: software

Il Raspberry Pi carica il suo software da una scheda MicroSD. Installeremo un sistema operativo, quindi avvieremo il Pi e installeremo un paio di altri strumenti oltre al software di controllo per il rover.

1. Usa il software Raspberry Pi Imager sul tuo PC per scaricare e installare Raspberry Pi OS Lite (32 bit) sulla scheda SD.
2. Usa questo tutorial per impostare il Pi in modalità "senza testa", senza utilizzare una tastiera o uno schermo. Questo otterrà il Pi sul Wi-Fi al primo avvio.
3. Abilita il protocollo Secure Shell (ssh) sul Pi utilizzando i passaggi 3+4 di questo tutorial su SSH. Puoi ignorare la parte relativa all'impostazione di "X Forwarding". Ciò ti consentirà di accedere al Pi una volta che sarà online.
4. Sposta la scheda SD sul Pi e avvia il pi. Ho usato una batteria USB per fornire alimentazione, ma per questo passaggio puoi anche utilizzare un adattatore di alimentazione o un cavo Micro-USB per alimentarlo dal tuo PC.
5. Trova l'indirizzo IP del Pi. Dovrai connetterti al Pi e in seguito controllare il rover.

6. Accedi al Pi dal tuo PC. La sezione "Configura il tuo client" del tutorial SSH contiene istruzioni dettagliate. Ora dovresti aver effettuato l'accesso al Pi:

   ssh pi@

7. Il software di controllo remoto utilizza uno strumento chiamato NodeJS. Per installare NodeJS sul Pi, esegui i seguenti comandi su SSH:

   wget

   tar xf node-v14.15.1-linux-armv6l.tar.gz export PATH=/home/pi/node-v14.15.1-linux-armv6l/bin/:$PATH

8. Ora dovresti avere NodeJS installato sul Pi. Per provarlo, corri

   nodo -v Dopo alcuni secondi dovrebbe emettere la versione di NodeJS, ad esempio

   v14.15.1

9. Successivamente installeremo il software di controllo del rover, chiamato pi-rover. Questo richiederà alcuni minuti:

   sudo apt-get install git

   git clone https://github.com/smagoun/pi-rover.git cd pi-rover npm install

10. Esegui il software del server sul Pi:

    nodo index.js

    Se tutto va bene, dovresti essere in grado di accedere al Pi tramite un browser web sul tuo PC navigando sulla porta 8080 sull'indirizzo IP del Pi. Ad esempio, se l'indirizzo IP del tuo Pi è 192.168.1.123, vai a

11. Chiudere il software del server con Ctrl-C.

12. Per eseguire il server all'avvio del Pi, installa il file del servizio di sistema:

    sudo cp pi-rover.service /etc/systemd/system/

    sudo systemctl enable pi-rover.service

13. Una volta che il software è stato testato e funzionante, spegnilo in modo da poter installare il Pi nel rover:

    sudo shutdown -h ora

Nota: se hai intenzione di consentire l'accesso ad altre persone al di fuori della tua rete domestica (come il nonno, che è a casa sua questo Ringraziamento), dovrai configurare il tuo router per inviare il traffico dal tuo indirizzo IP pubblico al Pi. Utilizzare una guida di port forwarding per il supporto per eseguire questa operazione.

Passaggio 4: cablare il Rover

Lo Snap Rover viene fornito con le istruzioni per il cablaggio del telecomando fornito con il kit rover. Li adatteremo per sostituire il componente del ricevitore radio con il Pi.

Il manuale del rover include una serie di circuiti. Inizia con il numero 1 (il "Night Rover") ed elimina tutto a sinistra della colonna 6. Questo lascia in posizione l'IC di controllo del motore, i (4) resistori da 1kΩ sugli ingressi dell'IC di controllo del motore, l'interruttore a scorrimento, e i fili che vanno al rover.

Passaggio 5: collega il Pi al Rover

Se hai una custodia per il Pi ma non l'hai ancora installato, fallo ora.

Il connettore a 40 pin sul Pi espone una grande quantità di funzionalità. Useremo molti dei pin I/O generici (GPIO) per collegare il Pi al rover. È importante collegarlo esattamente come mostrato qui; cablandolo in modo errato si rischia di danneggiare il Pi o il rover.

1. I pin sul Pi sono numerati 1-40. Vale la pena rivedere il pinout per capire come sono disposti.

2. Utilizzare i connettori Snap-to-Pin per collegare i seguenti 4 GPIO ai resistori sugli ingressi dell'IC di controllo motore:

   1. Pin 11 (GPIO 17) al resistore su LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) al resistore su LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) al resistore su RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) al resistore su RB
   5. Usa un altro connettore Snap-to-Pin per collegare un pin di terra (Pin 14) dal Pi alla terra (-) sul rover. Sebbene disponiamo di 2 alimentatori separati (il rover utilizza 9 V e il Pi utilizza 5 V dalla batteria USB), i due lati sono collegati elettricamente e abbiamo bisogno di una massa comune per far funzionare il circuito.

Passaggio 6: costruire il supporto per tablet

Il montaggio del tablet richiede il bilanciamento di diverse esigenze concorrenti:

• Il tablet deve essere abbastanza alto nell'aria da poter interagire con bambini e adulti in piedi.
• Il rover deve essere sufficientemente stabile per evitare di ribaltarsi durante la guida.
• Il tablet deve essere montato il più vicino possibile al centro del rover per fornire stabilità e un'esperienza fluida durante la guida.
• La parte superiore del rover non è progettata per avere altro che Snap Circuits e non c'è un ottimo modo per caricare su di essa senza rischiare di danneggiare i componenti.

Parte 1: Costruire ponti

La parte superiore del rover è una griglia di plastica con rilievi progettati per fissare i componenti elettronici. Posizionare un carico direttamente sulla rete non sarebbe stabile e potrebbe danneggiare la rete. Ho scelto di costruire una sorta di ponte sulla base con supporti che si trovano tra i dossi sulla griglia e un tassello montato sulla parte superiore del ponte. Ho usato una cinghia di nylon per fissare il gruppo ponte + tassello al corpo del rover.

1. Taglia un 2x4 lungo circa 10 pollici; dovrebbe essere più lungo della larghezza del rover, per permetterci di legarlo in sicurezza al rover.
2. Taglia un paio di pezzi da 8 "dalle strisce di modanatura da 1/4". Questi aiuteranno a stabilizzare il supporto del tablet e impediranno che oscilli in avanti e indietro.
3. Incolla le strisce di modanatura sul 2x4. Le strisce devono essere distanziate in modo da inserirsi nelle scanalature della griglia, tra i dossi (a circa 5" di distanza l'una dall'altra). Le strisce devono essere montate in modo che la parte inferiore del 2x4 si trovi sopra l'elettronica.
4. Taglia un paio di pezzi da 3" dal 1x1 e incollali agli angoli dove le modanature incontrano il 2x4. L'obiettivo qui è impedire che le modanature si stacchino dal 2x4 sotto pressione laterale.
5. Usa la punta a vanga da 1 "per praticare un foro per il tassello nella parte superiore del 2x4. Il foro non deve passare completamente attraverso il 2x4; lascia circa 1/8" di legno intatto nella parte inferiore del foro per sostenere il tassello. Il foro deve essere spostato verso un bordo del 2x4, per lasciare spazio al cinturino in nylon sull'altro lato. Incolla il tassello nel foro, assicurandoti che sia verticale.

Nota: un tassello più piccolo potrebbe funzionare. Ho scelto un diametro di 1 per assicurarmi che fosse abbastanza rigido da smorzare le oscillazioni. Non vorrai far venire il mal d'auto al nonno mentre guida!

Parte 2: supporto per tablet

Avevo bisogno di un modo leggero ma robusto per attaccare il tablet alla parte superiore del tassello. La tavoletta stessa dovrebbe essere tenuta il più vicino possibile al tassello in modo che il suo peso non agisca come una leva che cerca di ribaltare il rover. Dopo aver brevemente considerato di costruire una scatola con un legno leggero come il tiglio, ho optato per l'approccio a basso sforzo di tagliare una scatola di cartone di dimensioni adeguate. Ho trovato una scatola di circa 10" x 12" x 1". Taglia un'estremità in modo che il tablet possa scivolare dentro e taglia un'apertura rettangolare su un lato in modo che lo schermo del tablet sia visibile. Usa la colla a caldo per fissare il supporto del tablet alla sommità del tassello.

Passaggio 7: Allaccia le cinture

Dobbiamo collegare il supporto per tablet al rover. Il rover non è progettato per questo e non ci sono opzioni di montaggio convenienti. Ho scelto di fissare il supporto utilizzando una lunga cinghia di nylon avvolta attorno a entrambi gli assi (non agli assi!) del rover. Ciò impedisce al supporto di inclinarsi in avanti, indietro o su entrambi i lati. Assicurati che la cinghia non eserciti pressione su nessuno dei componenti elettrici e assicurati che sia ben aderente e fissata in modo che non possa allentarsi.

Passaggio 8: inizia a vagare

Una volta che il supporto per tablet è stato fissato al rover, accendi il Raspberry Pi e il rover. Una volta che il Pi è online, accedi all'interfaccia web (ad es. https://192.168.1.123) e "Richiedi controllo". Ora dovresti essere in grado di guidare! Solo una persona alla volta può guidare il rover, quindi assicurati di rinunciare al controllo del rover prima di far provare a qualcun altro.

Istruzioni per i nonni

Una volta che il rover è online, chiama il nonno (o la nonna!) su FaceTime. Una volta che raccolgono, chiedi loro di aprire un browser web e andare al tuo indirizzo IP pubblico. A seconda del telefono/tablet/computer utilizzato, potrebbe essere necessario passare alla modalità "schermo diviso" o utilizzare un secondo dispositivo.

Una volta caricata la pagina web, dovrebbero vedere l'interfaccia di controllo del rover. Fagli chiedere il controllo. Ora possono interagire con il resto della famiglia come se fossero lì!

Passaggio 9: miglioramenti futuri

Questo disegno non è perfetto. Alcuni possibili miglioramenti:

• Stabilizzatori per il rover in modo che non si ribalti troppo presto quando viene urtato da un bambino, un animale domestico, ecc.
• Un modo per evitare che il rover vada a sbattere contro gli oggetti (il conducente non può guardare in basso!)
• Più finezza nei controlli del software pi-rover. In questo momento sono codificati per qualcosa che ha funzionato abbastanza bene per noi.
• Incorpora lo strumento di videoconferenza nella pagina web in modo che la nonna non abbia bisogno di 2 dispositivi per utilizzare il rover