SOLARBOI - 4G solarni rover za istraživanje svijeta!: 3 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Od malih nogu uvijek sam volio istraživati. Tijekom godina vidio sam mnoge konstrukcije automobila s daljinskim upravljanjem koji se kontroliraju putem WiFi -a, i izgledali su dovoljno zabavno. Ali sanjao sam o tome da odem toliko dalje - u stvarni svijet, daleko izvan granica svoje kuće, svoje ulice ili čak predgrađa. Želio sam izgraditi robota koji bi mogao ići daleko dalje. Da bih to učinio, izradio sam robota opremljenog kamerom, 4G podatkovnom vezom i solarnim sustavom energije koji može omogućiti misije danima, tjednima ili čak mjesecima. Sada redovito emitiram misije uživo na Twitch.tv -u, a SOLARBOI se trudi ući dalje u australsko selo od bilo kojeg robota do sada! SOLARBOI -jev cilj je biti ostavljen u australskom seoskom gradu i kretati se prema izlazu, u prirodu i na dalje destinacije. U svojoj misiji ne može primati vanjsku pomoć, u protivnom se smatra da nije uspjela. Mora se probijati, kilometar po kilometar, danima i tjednima, oslanjajući se samo na sunce za punjenje i 4G mrežu za komunikaciju natrag u bazu. Iako osnove projekta zvuče jednostavno, izvođenje je nevjerojatno teško! Ovaj vodič služi za objašnjenje osnova rada SOLARBOI -a i predstavljanje ideja o tome kako najbolje stvoriti robotsku platformu koja može preživjeti na otvorenom tjednima. To nije točan korak-po-korak priručnik o tome kako stvoriti vlastiti; umjesto toga, to je polazna točka koju možete koristiti za istraživanje vlastitih građevina i dizajna.

Korak 1: Korak 1: Hardver

Prije svega, trebat će vam šasija za vašeg robota. Dok su mnogi eksperimentirali s 3D tiskanim dizajnom rovera, od djetinjstva sam odlučio koristiti dragu igračku. Radio Shack RAMINATOR izgledao je super, s velikim gumama, pogonom na sva četiri kotača i radnim ovjesom iz kutije. Iako je optimiziran za brzinu nad zakretnim momentom, odlučio sam da bi to bilo dobro kao osnova za moj projekt rovera. Nakon što sam izvadio RC hardver igračke, zamijenio sam motor Hobbyking brušenim ESC-om za motor, dok sam uklonio izvornu postavku upravljača i zamijenio je izdržljivim servom. Ugrađene su litij -polimerne baterije kako bi SOLARBOI -ju dale moć vožnje satima.

S obzirom na to da mehanika nije na putu, naredba i kontrola sljedeće su važno razmatranje. Zbog toga sam se odlučio za Raspberry Pi Zero. Dizajniran za ispijanje male količine energije, kompatibilan je s USB perifernim uređajima i savršen je za projekt povezan s internetom. Kao bonus, dobro radi s perifernom kamerom Raspberry Pi, ključnom za to da nam omogućimo pogled na okolicu robota dok smo na terenu. Odabrao sam objektiv fotoaparata s ribljim okom za SOLARBOI, pružajući nam lijep široki prikaz za lakše snalaženje u svijetu. Za povezivanje s matičnom bazom oslanjamo se na 4G ključ koji nam daje veliku propusnost koja nam je potrebna za slanje naredbi robotu i primanje video zapisa natrag.

Solarna energija ključna je za SOLARBOI -jevu misiju, otuda i naziv. Solarni panel od 20 W opremljen je kako bi maksimalno iskoristio dostupno sunce, čak i u danima koji su više oblačni nego sunčani. Koristi se za punjenje baterija tijekom dana, tako da SOLARBOI tada može voziti noću, daleko od znatiželjnih očiju i zlonamjernih ubojica. Očigledno, čak i kad Pi Zero male snage vodi emisiju, ne možemo ga ostaviti da radi cijeli drugo vrijeme bismo prebrzo praznili baterije. Dakle, Pi se većinu vremena mora isključiti, ali uključivati u redovitim intervalima kako bi izvijestio o položaju SOLARBOI -ja, te nam omogućiti da se prijavimo i upravljamo robotom kad želimo. Da bi se to postiglo, Arduino Pro Micro pokreće poseban program koji uključuje SOLARBOI prvih 5 minuta svakog sata. Ako se prijavimo na robota iz Mission Control, on će ostati uključen, što nam omogućuje izvršavanje misije. Ako ne otkrije vezu, napaja Raspberry Pi kako bi uštedio energiju i iskoristio solarnu energiju na najbolji način. GPS se također koristi kako bi se osiguralo da je Mission Control uvijek svjestan položaja SOLARBOI -ja. Vozeći selom u gluho doba noći, može biti vrlo teško snalaziti se samo vizualnim znakovima. Tako nam GPS omogućuje da fiksiramo lokaciju robota i postignemo svoje ciljeve duboko u regionalnoj Australiji.

Korak 2: Korak 2: Softver

Očito je da je sve u redu imati rover, ali za rad mu je potreban softver. SOLARBOI -jev softver je u stalnom razvoju, omogućujući bolje performanse i poboljšavajući jednostavnost korištenja tijekom vremena.

Rover koristi Raspbian, zadani OS Raspberry Pi Zero. Mission Control radi u sustavu Windows. To uzrokuje neke probleme s raznim pomoćnim programima Linux koji se moraju posebno instalirati u Mission Control. U konačnici, međutim, ova postavka nam je omogućila da sa SOLARBOI -om pređemo mnoge uspješne kilometre i dobro radi posao. Videozapis se prenosi s robota natrag u kontrolu misije putem Gstreamera. Teško je za korištenje i nije dobro dokumentirano za početnike. Međutim, to nam omogućuje da imamo audio i video stream s robotom s malim kašnjenjem koji je dovoljno dobar da se možemo voziti bez previše problema. Do osipanja ipak dolazi, i postoji izvjesno zaostajanje, ali kada gradite prve svjetske robote za istraživanje sela, najbolje ćete iskoristiti ono što imate! Streaming se vrši na izvornom H264 iz Raspberry Pi kamere, kako bi se izbjeglo preveliko opterećenje Pi Zero -a transkodiranjem u hodu. Upravljanje robotom je putem prilagođenog Python koda, s arhitekturom poslužitelj/klijent. Pomoću knjižnica kao što su PiGPIO i Servoblaster lako smo u mogućnosti kontrolirati pogonski sustav i druge funkcije robota u stvarnom vremenu. Instalacija je jednostavna, zahvaljujući dobro razvijenom ekosustavu Raspberry Pi.

Za prikaz telemetrije na ekranu koristimo razne knjižnice u Pythonu. Najvažniji je MatPlotLib koji prikazuje naše grafikone baterija u Mission Control -u koji nam omogućuju praćenje performansi SOLARBOI -a tijekom misije uživo.

Korak 3: Korak 3: Stvari koje naučite samo na terenu

Nijedan plan ne preživljava prvi kontakt s neprijateljem, kako kažu. Upravo na takav način, SOLARBOI je prošao kroz mnoga ispitivanja u pokušajima da se otvori do staromodne telefonske kutije duboko u ruralnom Novom Južnom Walesu. Ovo su lekcije koje se često mogu naučiti samo na terenu, a one smo naučili na teži način. Skrivenost je primarna briga. Ako se robot ističe iz okolice, prolaznici ga lako mogu pronaći dok se puni tijekom dana. Zbog male veličine i težine platforme, SOLARBOI bi se mogao lako ukrasti ili uništiti, čime bi propala njegova misija. Ovo je rizik koji preuzimamo svaki put kad se rasporedimo u divljini. Kako bi se to ublažilo, SOLARBOI je obojen zelenom bojom u pokušaju da se uklopi. Pronalaženje sigurnog prostora za punjenje s puno sunčeve svjetlosti, ali s minimalnom vidljivošću stalni je izazov. Unatoč čvrstim vjerodajnicama za izvan terena, SOLARBOI ne može prevladati svaku prepreku na svom putu. U prošlosti smo imali problema sa zaglavljivanjem na stijenama ili sudarima s malim drvećem. Većinu vremena to se događa zbog kamere s lošim vidnim poljem, slabom svjetlošću noću i ekstremnim umorom od strane operatera. Naše nadogradnje na bolje farove i leće s ribljim okom imaju za cilj spriječiti ovaj problem u budućnosti. Spor i stabilan napredak, a ne izravna brzina, također je dobra mantra za život kako biste izbjegli nalet na objekte dok se vozite s kašnjenjem videa od 500 ms. Jednostavno postavljanje u zemlji donosi svoje probleme. To znači da SOLARBOI -jev hardver mora biti u vrhunskom obliku, kako put od nekoliko sati do područja implementacije ne bi bio uzaludan. To nas je koštalo mnogo benzina i vremena u prošlim misijama, a nešto što namjeravamo izbjeći strogim testiranjem u budućnosti. Ipak, to je nešto što treba uzeti u obzir pri postavljanju robota daleko. Konačno, dobri objekti u Mission Controlu su neophodni. Caffiene mora biti pri ruci kako bi posada bila oštra i budna, kao i voda za održavanje odgovarajuće hidratacije. Jasna i ažurirana telemetrija također je korisna za brzo dijagnosticiranje problema, a video feed s malim kašnjenjem bez ispadanja najbolji je za nesmetanu vožnju u australskoj divljini. Ovo također omogućuje vozaču da maksimalno iskoristi brzinu SOLARBOI-ja, gdje je to potrebno, kako bi izbjegli automobile u prolazu, divlje životinje ili Mačka Shackletona, koje smo upoznali u Misiji 1. Sveukupno, SOLARBOI ima još mnogo toga za ići u budućim misijama, a idealno je da će provesti mnogo mjeseci na terenu istražujući nadaleko. Da biste pratili SOLARBOI -jevo putovanje, pratite ga na Twitch.tv -u i Youtube -u i uživajte u misijama ispod! Kao i uvijek, dogodit će se još avantura dok se SOLARBOI razvija i putuje sve dalje od kuće!