Pocket Spy-Robot: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Annoiato durante il lockdown? Vuoi esplorare il regno oscuro sotto il divano del soggiorno? Allora il robot spia tascabile fa per te! Con un'altezza di soli 25 mm, questo piccolo robot è in grado di avventurarsi in luoghi troppo piccoli per le persone e restituisce tutto ciò che vede tramite una comoda app per telefono!

Requisiti:

Esperienza di medio livello in elettronica

Conoscenza base di pitone e lampone pi

Una grande quantità di tempo

Forniture

Parti:

• Raspberry pi Zero W (non WH in quanto non utilizzeremo le intestazioni fornite)
• Fotocamera Raspberry Pi
• Scheda SD per il Pi (8 GB o più è la cosa migliore)
• 2x batterie 18650 e supporto (poiché un circuito di ricarica non è integrato in un caricabatterie tende a dare una mano anche!)
• 2x micromotoriduttori 300RPM 6V
• Controllore motore L293D
• LM7805 Regolatore di tensione
• Condensatore da 22μF
• Condensatore da 10μF
• Pin e prese di intestazione SIL da 2,54 mm (2 x 8 sezioni lunghe ciascuno)
• Perni di testa angolati a 90 gradi da 2,54 mm
• Bulloni svasati 10x M3 x 8mm
• 4 bulloni M3 x 12 mm a testa svasata
• 14 dadi in nylon M3
• Kit connettore Dupont (può fare a meno ma rende la vita molto più facile)
• Asta in alluminio o acciaio da 5 mm x 80 mm
• Fili assortiti
• Scheda di saldatura

Utensili:

• Saldatore e saldatore
• Set di file
• Cacciaviti assortiti
• Coltello artigianale di qualche tipo
• Super colla
• Pinza tagliafili
• Spelafili
• Trapano elettrico e set di punte (3 mm e 5 mm verranno utilizzati per pulire i fori nella stampa)
• Stampante 3D (anche se le parti possono essere stampate e spedite da uno qualsiasi dei tanti servizi di questo tipo)
• Mini seghetto
• Multimetro
• Nastro elettrico

Passaggio 1: costruzione del telaio

Mi sono reso conto abbastanza presto che mentre il nastro adesivo è incredibile, probabilmente non dovrebbe essere usato per creare uno chassis robusto, quindi la stampa 3D è stata la prossima scelta ovvia (a un certo punto lo tirerò fuori, non appena Lo carico lo carico.) Le parti sono progettate per essere incollate insieme alle sezioni ad incastro viste nelle foto sopra, poiché uso una stampante Elegoo Mars, che produce belle stampe ma purtroppo ha una piastra di costruzione piuttosto piccola. È qui che entrano i file e la supercolla, i bordi etichettati sopra dovranno essere limati finché non si adattano perfettamente alle fessure del pezzo successivo, ho scoperto che poiché le stampanti 3D non sono perfette, questo è il modo migliore per ottenere una misura perfetta. Quindi, una volta completata la limatura, incolla le parti insieme! (Solo non le dita, come ho imparato una volta di troppo) Quando si incollano le parti insieme, consiglio di posarle su una superficie piana per assicurarsi che siano dritte. (Appesantirli può aiutare in questo)

Un paio di fori dovranno essere perforati con una punta da 5 mm (etichettata nella quinta immagine), questo dovrebbe essere fatto con molta attenzione, o con l'uso di una lima circolare per ridurre al minimo il rischio di spezzare la parte. Per facilitare il montaggio in seguito, tutti i fori da 3 mm nel telaio devono essere perforati con una punta da 3 mm per garantire che i bulloni si adattino bene. Inoltre, sulla base del telaio c'è una serie di ritagli esagonali in cui inserire i nylock, vale la pena usare una piccola lima per allargarli se i dadi non si adattano facilmente. Ho scoperto che era molto meglio progettare le dimensioni esatte, quindi rimuovere il materiale dove necessario, in quanto ciò si traduce nella migliore vestibilità.

Parti da stampare:

• Telaio1.stl
• Chassis2.stl
• Telaio3.stl
• Chassis4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Wheel1.stl
• 2x Wheel2.stl
• top.stl

Passaggio 2: il circuito

Poiché l'intero punto del progetto è essere compatto, il circuito per alimentare il pi stesso e i motori è integrato in un'unica scheda che si trova in cima al pi simile a un HAT, collegandosi incastrandosi nelle intestazioni saldate sul GPIO. Poiché i motori sono piuttosto piccoli e non richiedono molta corrente, ho utilizzato un controller motore a doppio ponte H L293D per alimentarli poiché il GPIO del Pi può essere danneggiato se utilizzato per azionare i motori (Back EMF e simili, nonché sovracorrente). Il doppio ponte H utilizza una serie di transistor NPN e PNP in modo tale che se i transistor Q1 e Q4 sono alimentati e quindi consentono il passaggio della corrente, il motore ruoterà in avanti. Se Q2 e Q3 sono alimentati, la corrente scorre attraverso il motore nella direzione opposta e lo fa girare all'indietro. Ciò significa che il motore può essere fatto girare in entrambe le direzioni senza l'uso di relè o altri componenti e ci consente di alimentare il motore separatamente al pi anziché prelevarlo.

L'LM7805 fornisce alimentazione al pi tramite il pin GPIO 5v ma non dovrebbe essere utilizzato per alimentare l'L293D poiché il pi può richiedere quasi tutta l'uscita 1A del 7805, quindi è meglio non rischiare di fonderlo.

Sicurezza:

Se il circuito è costruito in modo errato e non vengono forniti più di 5v al pi, o viene inserito attraverso un pin diverso, il pi sarà irrimediabilmente danneggiato. Ancora più importante, il circuito dovrebbe essere accuratamente controllato e testato per cortocircuiti, specialmente attraverso gli ingressi della batteria poiché i LiPo hanno la tendenza a causare problemi, *tosse*, esplosioni in caso di cortocircuito, probabilmente dovresti evitarlo. Ho scoperto che il modo migliore per testarlo era testare il circuito collegando un blocco di 4 batterie AA all'ingresso e misurando la tensione di uscita con un multimetro. Comunque, le cose sulla sicurezza sono finite, facciamo un po' di saldatura!

La scheda dovrebbe essere costruita secondo lo schema circuitale sopra e in una configurazione simile al mio circuito poiché questo layout si adatta perfettamente al pi e non ha ancora fatto esplodere il LiPos (dita incrociate). È importante seguire l'ordine seguente poiché i fili verranno instradati vicino o sopra altri fili e pin, questo ordine significa che questi fili vengono eseguiti per ultimi per evitare cortocircuiti. Quando si saldano i perni dell'intestazione, è importante inserirli in una sezione di riserva dell'intestazione per assicurarsi che non si muovano quando vengono riscaldati.

Passaggi:

1. Taglia la scheda a misura e archivia il bordo tagliato liscio (il mio usa 11 righe per 20 righe e ha utili lettere e numeri per codificarli) Darò le posizioni dei perni sulla scheda con questo sistema di coordinate per semplificare la vita. Poiché la scacchiera è a 2 lati, mi riferirò al lato rivolto verso il pi greco come lato 'B' e il lato lontano dal pi greco come lato 'A'.
2. Saldare L293D e LM7805 in posizione, il pin in alto a sinistra L293D risiede sul lato B in posizione C11. L'LM7805 avrà bisogno che i suoi pin di uscita si pieghino in modo tale che il lato posteriore in metallo del chip sia piatto contro la scheda, il pin sinistro dovrebbe essere in posizione P8.
3. Saldare i perni dell'intestazione in posizione, si dovrebbe prima spingere il lato più corto dei perni attraverso il blocco nero finché non si appiattiscono contro la parte superiore di detto blocco. Dovrebbero essere spinti dal lato A con l'angolo in basso a destra nel foro T1 e saldati dal lato B come mostrato e documentato nelle immagini sopra. Al termine, tagliare delicatamente i blocchi neri e inserire le 2 file di pin nelle corrispondenti intestazioni che non devono ancora essere saldate al pi, in modo che i pin non si muovano durante la saldatura.
4. Quindi, saldare i pin del motore e della batteria, 4 larghi per il motore e 2 larghi per la batteria. I pin della batteria devono essere posizionati negli slot J4 e K4 sul lato B, i pin del motore tra L2 e O2 sul lato B.
5. I due condensatori devono essere saldati ora, entrambi dal lato B. L'anodo (gamba positiva) del condensatore da 22μF dovrebbe trovarsi nello slot P10 sul lato B e deve essere saldato a P8 con la restante sezione della gamba, prima di tagliare eventuali residui. Il catodo (gamba negativa) deve essere fatto passare attraverso lo slot P11 e piegato come mostrato nell'immagine per connettersi con P7 (il catodo del 7805). L'anodo del condensatore da 10μF va inserito nello slot P4 e la gamba saldata al pin P9, il catodo va inserito nello slot P3 e collegato a P7 allo stesso modo dell'altro condensatore.
6. I fili di collegamento dovrebbero seguire i percorsi visti nelle immagini sopra, quindi per risparmiare tempo di lettura ho compilato una lista dei pin che dovrebbero essere collegati da questi, nell'ordine e con i lati specificati, il lato specificato è il lato su cui si trova la parte isolata del filo risiede su. Le coordinate saranno formattate in modo tale che la prima lettera significhi lato, seguita dalla coordinata. Ad esempio, se dovessi collegare un pin L293D a un'uscita, lo stesso foro utilizzato dal pin non potrebbe essere utilizzato, quindi il foro adiacente sarebbe, il pin a cui si collega il filo verrà posizionato su entrambi i lati dei fori che attraversano. Questo sembrerebbe B: da A1-A2 a G4-H4 con il filo che passa attraverso i fori A2 e G4. Nota: nelle mie foto il lato A non ha lettere, supponiamo che sia da sinistra a destra.
7. Dato che hai già estratto il saldatore, ora è un buon momento per saldare i fili del motore e della batteria, consiglierei circa 15 cm per i fili del motore, che dovrebbero essere saldati orizzontalmente alla piastra posteriore del motore per risparmiare spazio, una foto di questo è sopra. I connettori sono necessari all'altra estremità dei cavi del motore, consiglierei di mettere una piccola quantità di saldatura in questi dopo la crimpatura per garantire una connessione solida. Il filo rosso di un portabatterie deve essere saldato al filo nero dell'altro lasciando circa 4 cm tra i due, gli altri due fili necessitano di circa 10 cm ciascuno ma necessitano invece di un connettore che si attacca all'estremità per il collegamento alla scheda.

Cablaggio:

1. SI: da C4-B4 a F11-G11
2. B: da C9-B9 a O1-O2
3. B: da G11-H11 a K5-K4
4. B: da F9-G9 a M1-M2
5. B: da F8-G8 a I4-J4
6. B: da F6-G6 a L1-L2
7. B: da K4-L4 a O10-P10
8. B: da F7-H7 a N7-O7
9. Sul lato A tutti i fili sono saldati su quel lato, nessun filo viene fatto passare, quindi sono necessarie solo 2 coordinate.
10. A: da O4 a O2
11. A: da O5 a N2
12. A: da O10 a M2
13. A: da O7 a P2
14. A: da R4 a D2
15. A: I pin di terra O7, O8, R7 e R8 dovrebbero essere tutti collegati.
16. LA: da mi7 a re4
17. A: da O1 a R10
18. A: da M1 a R11
19. A: da MI4 a T1
20. A: da G2 a R6

Consiglierei di verificarlo rispetto allo schema del circuito sopra per garantire un cablaggio corretto prima di eseguire il test. Il test del circuito dovrebbe essere eseguito con un multimetro impostato per testare la connettività, i pin che dovrebbero essere controllati sono i seguenti, ma se sei già competente con l'elettronica, prova il più possibile. Per controllare: pin di ingresso della batteria, pin del motore, tutti i pin dell'intestazione per il pi e l'ingresso e l'uscita 7805 contro terra.

Passaggio 3: configurazione del Pi

In questo tutorial presumo che il tuo pi sia già configurato con un'immagine e connesso a Internet, se stai configurando il pi per la prima volta, ti suggerisco di utilizzare la seguente guida dal loro sito Web per installare l'immagine:

www.raspberrypi.org/downloads/

Ho scoperto che la vita è molto più semplice se si può lavorare con il pi mentre si è ancora all'interno del robot, ma poiché la porta HDMI è bloccata con uno stallo, il desktop remoto è la cosa migliore da fare. Questo è abbastanza facile da configurare utilizzando un pacchetto chiamato xrdp e il protocollo RDP di Microsoft (integrato in Windows, quindi nessun problema a tale fine).

Per configurare xrdp prima assicurati che il tuo pi sia aggiornato eseguendo i comandi "sudo apt-get update" e "sudo apt-get upgrade". Quindi, esegui il comando "hostname -I" che dovrebbe restituire l'indirizzo IP locale del pi e sei a posto! Premi il tasto Windows sul tuo computer e apri un programma chiamato "Connessione desktop remoto", quindi inserisci l'indirizzo IP del tuo pi nel campo Computer, seguito dal nome utente "pi" se non l'hai cambiato, premi invio e una connessione sarà stabilito con il pi.

Il primo pacchetto di cui avrai bisogno è per la fotocamera, poiché questa non è la mia area di competenza, ho aggiunto un link alla guida ufficiale a questo, che ha funzionato perfettamente per me.

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

Dopo aver seguito questa guida e installato il software sopra, sei pronto per passare al passaggio successivo!

Passaggio 4: il codice

Per prima cosa con il codice, la programmazione è lontana dalla mia parte preferita della robotica, quindi mentre il programma è perfettamente funzionante, la struttura non è senza dubbio perfetta, quindi se noti problemi con esso apprezzerei davvero il feedback!

Scarica il file python allegato sul tuo pi e posizionalo nella cartella Documenti, quindi apri un terminale per iniziare a configurare l'esecuzione automatica. Per assicurarci che non sia necessario eseguire il desktop remoto sul pi ogni volta che si desidera utilizzare il robot, possiamo configurare il pi in modo tale che eseguirà il programma all'avvio. Avvia l'installazione digitando "sudo nano /etc/rc.local" nel terminale, che dovrebbe far apparire un editor di testo basato su terminale chiamato Nano, scorrere fino alla fine del file e trovare la riga che dice "exit 0", creare una nuova riga sopra e digita "sudo python /home/pi/Documents Spy_bot.py &". Questo aggiunge il comando per eseguire il file python come per il processo di avvio, poiché il nostro programma verrà eseguito continuamente, aggiungiamo "&" per eseguire il fork del processo, consentendo al pi di terminare l'avvio anziché eseguire il ciclo di questo programma. Per uscire da nano, premi ctrl+x poi y. Dopo essere usciti di nuovo al terminale, digitare "sudo reboot" per riavviare il pi e applicare le modifiche.

Se i motori girano nella direzione sbagliata, apri il file Spy_bot.py con l'editor di testo e scorri fino alla sezione del codice del motore, che sarà etichettata con le istruzioni sui numeri esatti da scambiare. Se i motori sinistro e destro vengono scambiati, può essere riparato nel codice o scambiando i cavi, se preferisci evitare di smontarlo di nuovo, scambia 12 nella funzione motore con 13 e 7 per 15.

Il codice è annotato con i dettagli di ciò che fa ogni sezione, in modo che possa essere modificato e compreso facilmente.

Passaggio 5: mettere tutto insieme

Montaggio dei motori:

Avendo già incollato il telaio e impostato il pi, ora sei pronto per assemblare il robot! Il miglior punto di partenza è con i motori, i loro supporti sono progettati per adattarsi perfettamente, quindi è probabile che sarà necessaria una piccola quantità di limatura sulle piccole protuberanze all'interno di questo, che sono etichettate nella foto sopra. Potrebbe anche essere necessario allargare leggermente i fori all'estremità di questi in modo che la sezione dorata rialzata sull'estremità dei motori si adatti a questo. Una volta che i motori possono adattarsi perfettamente all'interno degli alloggiamenti, è possibile rimuovere il motore e avvitare gli alloggiamenti nella loro posizione all'estremità posteriore del robot utilizzando i bulloni M3 x 8 mm e i nylock, quindi ricollocare i motori nelle rispettive posizioni.

Collegamento dell'elettronica:

Successivamente, i portabatterie e il Raspberry Pi possono essere imbullonati in posizione utilizzando bulloni M3 x 8 mm e nylock secondo le foto, i fori di montaggio nel pi zero potrebbero dover essere allargati leggermente poiché i bulloni saranno stretti, il modo più sicuro e migliore per farlo questo è con un piccolo file rotondo e molta cautela. Vale la pena mettere i cavi della batteria e del motore sotto dove va il pi poiché ciò rende l'intera configurazione molto più ordinata senza fili allentati ovunque.

Ora è il momento di aggiungere la fotocamera, che può essere inserita sui 4 pioli nella parte anteriore del telaio con il cavo già nella parte posteriore, l'altra estremità del cavo a nastro dovrebbe essere piegata delicatamente per inserirsi nella porta della fotocamera del pi, con i contatti del cavo rivolti verso il basso, fare attenzione a non piegare bruscamente il cavo a nastro in quanto tendono ad essere piuttosto fragili.

Montaggio della piastra superiore:

I 6 distanziatori dovrebbero essere lunghi 19 mm, altrimenti una lima di metallo decente dovrebbe fare il lavoro, quando questo è fatto dovrebbero essere imbullonati al lato superiore del telaio con l'estremità fresca contro la plastica, se applicabile. La piastra superiore può ora essere imbullonata su questi, assicurandosi di piegare delicatamente il cavo a nastro sotto di esso.

Aggiunta delle ruote:

Sull'ultimo gradino, le ruote! Le due ruote con fori centrali più piccoli dovrebbero essere forate a 3 mm per adattarsi agli alberi del motore, anche se se la stampante 3D è calibrata a un livello elevato, ciò non dovrebbe essere necessario. I fori quadrati in tutte le ruote dovranno essere leggermente allargati in modo tale che un nylock possa essere posizionato al loro interno, quando questo è fatto un M3 x 12 mm e un nylock deve essere inserito all'interno di ogni ruota e serrato abbastanza che la testa del bullone sia a livello con il bordo della ruota. Le restanti due ruote dovranno essere allargate allo stesso modo delle altre, ma di 5 mm invece per adattarsi all'asse. Una volta che le ruote sono tutte preparate, consiglierei di utilizzare una forma di nastro isolante o un elastico per aggiungere una superficie di presa, se si utilizza il nastro, circa 90 mm sono sufficienti per girare una volta intorno alla ruota. Le ruote posteriori sono ora pronte per essere montate, il modo più semplice per farlo è ruotare l'albero motore in modo che la superficie piana sia rivolta verso l'alto e avvitare la ruota con il bullone rivolto verso il basso, lasciando 1-2 mm tra la ruota e il alloggiamento del motore per evitare di impigliarsi. L'assale anteriore può ora essere posizionato attraverso i blocchi anteriori e le ruote fissate.

Questo passaggio dovrebbe concludere il progetto, spero che sia stato informativo e facile da seguire, e soprattutto divertente! Se hai suggerimenti, domande o miglioramenti che posso apportare, per favore fammelo sapere, sono più che felice di rispondere a qualsiasi domanda e aggiornare questa istruzione ove necessario.