3D ispisani robot Raspberry Pi Zero: 12 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Jeste li ikada željeli izgraditi robota, ali jednostavno niste imali sve materijale za njegovu izradu, a da niste završili s nepotrebno glomaznom šasijom? 3D pisači su tu da spasu dan! Ne samo da mogu stvoriti dijelove koji su kompatibilni s praktički bilo kojim hardverom, već to mogu učiniti i na vrlo učinkovit prostor. Ovdje ću vam pokazati kako stvoriti vrlo osnovnog robota koji sadrži 3D ispisane dijelove, Raspberry Pi Zero i Pi kameru. Potičem vas da prihvatite i promijenite ono što sam učinio kako bi odgovarao vašim praktičnim ili zabavnim potrebama. Kako bih upravljao robotom i pregledavao feed kamere, izgradio sam aplikaciju za iOS (aplikaciju PiBotRemote) koju možete slobodno koristiti i mijenjati. Međutim, stvarna snaga u ovakvim projektima proizlazi iz raznolikosti mogućnosti i u hardveru i u softveru. Stoga bih vas potaknuo da budete kreativni i dodate ono što sam učinio ovisno o tome što znate raditi. Na primjer, mislim da bi bilo super natjerati ovog robota da koristi strojni vid za prepoznavanje okoline i navigaciju slično automobilu koji se sam vozi.

Korak 1: Zahtjevi

• Materijali

  • Obavezno (otprilike 75 USD)

    • Raspberry Pi Zero W (10 USD)
    • Micro SD kartica (8,25 USD)
    • Zaglavlje s 40 pinova (3,25 USD)
    • Žice za kratkospojnike (6,86 USD)
    • USB baterija (5,00 USD)
    • Micro Gearmotor x 2, 900 o / min (12,95 USD svaki)
    • Vozač motora (4,95 USD)
    • Kotači (6,95 USD)
    • 14 mm čelični kuglični ležaj (0,62 USD)
    • Vijci, matice i držači (vidi dolje)

  • Izborno (otprilike 45 USD)

    • LED diode
    • Raspberry Pi kamera (29,95 USD)
    • Adapter za kameru Pi Zero (5,95 USD)
    • Servo motor (8,95 USD)

  • Alati

    • 3D pisač i vlakna
    • Računalo (koristit ću Mac, a trebat će vam jedan ako želite koristiti aplikaciju PiBot Remote)
    • iPhone/iPad/iPod Touch (ako ćete koristiti aplikaciju)
    • Bušilica
    • Odvijač s promjenjivim vrhovima

Više informacija o dijelovima

• Pi Zero: Ako želite koristiti Pi Zero samo za ovaj projekt, bit će vam dobro da cijelo vrijeme trčite bez glave. U protivnom, ako ćete ikada htjeti spojiti HDMI izlaz ili USB periferiju, morat ćete kupiti dodatne adaptere. U ovom slučaju, to je najvjerojatnije najisplativija opcija za kupnju Pi Zero kompleta, poput ovog (24 USD) koji sam kupio od amazona. Iako sam još morao kupiti mikro SD karticu, ovaj komplet je došao s Pi Zero, oba potrebna adaptera i mnogo različitih zaglavlja. Sve to može biti korisno.
• Mikro SD kartica: Možete koristiti bilo koju Micro SD karticu ako ima najmanje 8 GB prostora za pohranu.
• Džemper žice: Ja volim ovakve skakače jer dolaze kao povezani snop. To mi omogućuje da odvojim, recimo, 9-žični dio, i uredno povežem Pi i upravljački program motora.
• USB baterija: Baterija koju sam kupio od Sparkfuna je od tada prestala. Kao rezultat toga, morat ćete ga pronaći na drugom mjestu. Ona koju sam povezao izgledala je slično mojoj, ali je nisam kupio i možda ćete morati izmijeniti datoteke za ispis tako da odgovaraju vašoj bateriji. Potražite bateriju s priključenim mikro USB kabelom jer vam to omogućuje da se priključite izravno u pi bez viška žice.
• Motor Driver: Preporučio bih korištenje ronioca s kojim sam se povezao jer je prilično jeftin, a ispis je dizajniran tako da točno pristaje toj ploči. Osim toga, druge ploče mogu funkcionirati drugačije, pa možete imati različite rezultate.
• Čelična lopta od 14 mm: Koristio sam ovu loptu jednostavno zato što sam slučajno imao jednu. Slobodno upotrijebite druge veličine, ali možda ćete morati promijeniti veličinu utičnice. Lopta će našem robotu poslužiti kao treći kotač. Ovo je jedno od područja dizajna na mojem robotu koje je trenutno najproblematičnije i koje bi moglo koristiti najviše poboljšanja. Iako radi dobro na glatkim, tvrdim površinama, ima problema s tepisima i grubljim površinama. Slobodno promijenite ovo područje svog dizajna.
• Vijci, matice, držači: Možda ćete morati malo poraditi da pronađete vijke koji vam odgovaraju. Jednostavno sam pronašao vijke koji montiraju Pi, kao i vijke koji drže nosač Pi kamere zajedno u očevoj zbirci vijaka. Za držače i utičnice motora koristio sam ove vijke (2,95 USD) i ove matice (1,50 USD) koji su dostupni u Sparkfun -u. Zastoji i 8 vijaka (slučajno sam na slici uključio samo 4) koji drže robota zajedno uzeo sam iz nekorištenih VEX kompleta moje škole.
• LED diode: Siguran sam da znate gdje lako možete pronaći LED diode. Odaberite boje koje želite predstavljati funkcije: napajanje, povezivanje, putanja reprodukcije robota i upute za primanje robota.
• Kamera i servo: Ovisno o tome što želite učiniti sa svojim robotom, možete odlučiti da ne uključite kameru i servo jer nisu potrebni za osnovno kretanje, te ćete dodati 45 USD na cijenu robota.

Korak 2: Postavljanje Pi Zero

Slijedite ovu vezu za postavljanje bezglave instalacije na vašem Raspberry Pi Zero W

• Ne zaboravite da se Pi Zero ne može povezati s Wi-Fi mrežom od 5 GHz
• Slijedite upute za Raspbian Stretch ili kasnije

Nakon što ste se uspješno povezali putem SSH -a na svoj pi, pokrenite

sudo raspi-config

i promijenite sljedeće konfiguracije:

• Promjeni lozinku. Vrlo je opasno ostaviti zadanu lozinku malinom. Zapamtite ovu lozinku.
• U opcijama mreže promijenite naziv hosta iz raspberrypi u nešto kraće poput pizera ili pibota. Za ostatak ovog vodiča koristit ću pibota. Svakako zapamtite što ste ovdje stavili.
• U Boot options -> Desktop / CLI, odaberite Autologin Console
• Idite na opcije sučelja i omogućite kameru

Odaberite Završi i ponovno pokrenite uređaj.

Korak 3: Postavljanje mreže AdHoc

Postavljanjem AdHoc mreže, moći ćemo povezati naš upravljački uređaj izravno s robotom bez ikakvih posrednika. To će omogućiti brže strujanje videa i manju latenciju kontrole. Međutim, ovaj korak nije nužan jer će sve i dalje raditi putem normalne WiFi mreže.

Prvo ćete morati preuzeti i raspakirati sve potrebne datoteke s GitHub -a. U terminalu idite do preuzete mape i pošaljite mapu PiBotRemoteFiles pi -u naredbom:

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

Ovo šalje sve potrebne datoteke robotu koji će ga kontrolirati i postaviti AdHoc mrežu. Provjerite jesu li datoteke u mapi pod nazivom "PiBotRemoteFiles" koja se nalazi na radnoj površini; inače mnoge stvari neće uspjeti. Ako ćete koristiti aplikaciju PiBot Remote, u postavkama aplikacije možete se prebacivati s uobičajene Wi-Fi mreže na AdHoc mrežu. Inače ga možete ručno promijeniti putem SSH -a jednom od sljedećih naredbi:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Naravno, provjerite jeste li otišli u mapu PiBotRemoteFiles prije nego pokrenete prethodne naredbe. Svaka promjena između AdHoca i Wi-Fi-ja stupit će na snagu tek nakon sljedećeg ponovnog pokretanja. Ako je postavljen AdHoc, trebali biste vidjeti da se PiBot mreža pojavljuje kada se Pi Zero pokrene.

Korak 4: Dodajte LED za napajanje

Iako je svakako nepotrebno, može biti korisno imati svjetlo za napajanje. Da biste to aktivirali, SSH unesite u Pi Zero i pokrenite naredbu:

sudo nano /etc/bash.bashrc

I dodajte sljedeći redak na kraj datoteke:

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

Kasnije ćemo promijeniti GPIO pin povezan sa LED diodom za napajanje.

Korak 5: Postavljanje web sučelja RPi Cam

Kako bismo pristupili video streamu Raspberry Pi Cameras, koristit ćemo RPi-Cam-Web-sučelje. Informacije o ovom modulu možete pronaći ovdje, a njihov kod je na GitHubu. Za instaliranje modula prvo moramo ažurirati naš Pi. To može potrajati oko 10 minuta.

sudo apt-get ažuriranje

sudo apt-get dist-upgrade

Zatim moramo instalirati git:

sudo apt-get install git

I konačno možemo instalirati modul:

git klon

RPi_Cam_Web_Interface/install.sh

Nakon instaliranja modula pojavit će se prozor za konfiguraciju. Ako želite dodati korisničko ime i zaporku, upotrijebite isto korisničko ime i lozinku kao i račun vašeg pi. Inače, aplikacija PiBot Remote neće moći primiti stream kamere.

Sada, ako odete u preglednik na uređaju na istoj mreži kao i Pi i ako je kamera spojena na pi, možete primiti stream tako što ćete otići na https://pibot.local/html/#. Sučelje RPi omogućuje jednostavno upravljanje kamerom, a dodirom ili klikom na video zapis može postati cijeli zaslon. To ćemo kasnije koristiti s udaljenom aplikacijom PiBot.

Sada smo završili s postavljanjem Pi Zero, na zabavne stvari!

Korak 6: Ispišite sve

Iako sam koristio Dremel 3D pisač s PLA filamentom, slobodno upotrijebite vlastite pisače i materijale. Sve STL datoteke nalaze se u mapi koju ste preuzeli s GitHub -a. Uspio sam sve ispisati u četiri serije: gornja ploča, donja ploča, svi držači i utičnice te prsten. Budite kreativni u izboru boja i u potpunosti iskoristite mogućnosti 3D pisača. Moj pisač nije imao dvostruko istiskivanje niti bilo kakve slične značajke, ali ako imate pristup takvom pisaču, preporučio bih ispis ukrasa na vrhu gornje ploče u kontrastnoj boji. Vjerojatno ćete morati turpijati i bušiti kako bi neki dijelovi stali.

Gornju ploču slobodno naslikajte kako bi LED simboli i ukrasi bili vidljivi.

Možda ste primijetili dva nosača na krajevima donje ploče koji nalikuju GoPro sustavu montaže. Slobodno ih upotrijebite za pričvršćivanje onoga što želite na prednju ili stražnju stranu robota. U datoteci blendera možete pronaći nosač markera za suho brisanje koji sam koristio, kao i objekt predloška koji možete izmijeniti da zadrži vaš objekt.

Također, slobodno definirajte smjer prema naprijed; Zamijenio sam barem tri puta do sada.

Korak 7: Lemljenje na zaglavljima

Iako sam odlučio lemiti zaglavlja na PiZero, mogli ste lemiti svoje žice izravno na pi. Ako se odlučite za lemljenje zaglavlja kao ja, preporučio bih vam upotrebu jednog s pravim kutom poput mog. On drži žice mnogo skrivenijima i čini da sve izgleda mnogo urednije.

Sada je vrijeme za lemljenje upravljačkog programa motora. Donja ploča dizajnirana je posebno za ovog vozača Sparkfun motora i omogućuje prostor za zaglavlje iglice for da strši s dna. To omogućuje jednostavnu zamjenu iglica motora tako da se možete mijenjati lijevo i desno, te naprijed i natrag. Iako sada uvrštavam sljedeći korak, toplo bih vam preporučio da pričekate nekoliko koraka dok ne saznate točno koliko vaše žice moraju biti dugačke. Odrežite 9-žični presjek iglica kratkospojnika koje su kompatibilne s iglama zaglavlja koje ste upravo lemili u pi. Pažljivo lemite svaku žicu tako da grupa može zajedno ležati i omotati bateriju. Prethodno izmjerite duljinu žice kako ne biste dobili premalo ili previše.

Konačno, vrijeme je za lemljenje LED dioda. Zalijepite ih na odgovarajuće mjesto na gornjoj ploči i preklopite sve uzemljene igle jednu na drugu. Lemite jednu žicu na uzemljenje i po jednu žicu na svaku LED diodu. Slijeva na desno funkcije LED dioda su: snaga robota, povezivanje aplikacija s robotom, robot reproducira spremljenu putanju, a robot prima upute.

Također lemite žice na svaki motor tako da se mogu priključiti u zaglavlja koja dolaze od pogona motora.

Korak 8: Pričvrstite motor i utičnicu

Prvo umetnite svaki motor u nosač motora. Zatim djelomično umetnite svaki vijak, sve dok vrh ne dosegne površinu nosača ili utičnice. Zatim za svaki vijak držite navrtku s druge strane ploče dok zatežete svaki vijak. Ne zaboravite postaviti ležaj između dviju utičnica dok zavrtite drugu. Postavite upravljački program motora na njegovo mjesto i uključite motore. Nije važno koji je motor uključen u svaki izlaz jer to možete lako promijeniti nakon što se robot pokrene.

Korak 9: Pripremite kameru i servo

Priključite vrpcu adaptera Pi Zero u fotoaparat i zajedno pričvrstite kućište fotoaparata. Postavite servo na njegovo mjesto. Možete izbušiti rupe za vijke za servo, ali dovoljno je čvrsto. Priključite kameru na servo na bilo koji način koji smatrate najboljim. Trenutno imam dvije rupe na nosaču, sa spajalicom koja prolazi kroz servo trubu i kućište kamere. Međutim, to ostavlja puno prostora za mrvljenje pa ćete možda htjeti upotrijebiti super ljepilo. Usmjerite kameru u bilo kojem smjeru koji želite i pričvrstite servo trubu na mjesto. Provucite vrpcu kamere kroz prorez na malini i uključite je u pi. Na kraju, presavijte vrpcu kako bi bila ravna uz bateriju.

Korak 10: Sve spojite

Napokon je vrijeme da sve postane jedno. Priključite žice s LED dioda, upravljačkog programa motora i servo u Pi na način da koristite samo valjane pinove, ali ih držite blizu izlaza. Zatim provucite žice kroz njihove utore i pričvrstite pi na mjesto. Ovo je dizajnirano tako da čvrsto drži stvari urednim, stoga nemojte odustati kada se čini da nema dovoljno mjesta za te velike igle za skakače.

Uvrnite svaki držač u donju ploču tako da je svaki pričvršćen. Umetnite bateriju i provjerite može li kabel za napajanje proći kroz utor i u priključak za napajanje Pi Zero. Omotajte žice upravljačkog programa motora oko njega i postavite prsten oko svega. Nakon što ste sve žice stisnuli u prostor između baterije i gornje ploče, mali greben na donjoj ploči ulazi u prsten, a dvije visoke točke na prstenu u gornju ploču. Sada možete dobro pričvrstiti gornju ploču i izgradili ste svog robota!

Korak 11: Otvorite Xcode Project

Sljedećih nekoliko koraka primjenjuje se samo ako ćete koristiti aplikaciju PiBot Remote za koju su potrebni Mac i IOS uređaj.

Budući da sam jeftin i nemam plaćen račun Apple Developer -a, mogu dijeliti samo projekt Xcode, a ne i samu aplikaciju. Zatim možete sami otvoriti projekt, promijeniti potpis i pokrenuti ga na svom uređaju.

Ako već nemate Xcode, preuzmite ga iz trgovine aplikacija na svom Macu. Nakon što se Xcode učita, odaberite "Otvori drugi projekt" u donjem desnom kutu i idite do mape "PiBot Remote" u GitHubu za preuzimanje.

Nakon što se projekt otvori, kliknite na root datoteku u prikazu krajnje lijevo pod nazivom "PiBot Remote".

Promijenite "Bundle Identifier" u nešto jedinstveno. Moglo bi moje ime zamijeniti svojim ili dodati nešto do kraja.

Promijenite tim na svoj osobni račun. Ako ga nemate, odaberite "Dodaj račun".

Pritisnite command-B za izgradnju i nadajte se da sve radi ispravno. Nakon što uspješno izgradite projekt, priključite uređaj u računalo. Pritisnite gumb desno od gumba za reprodukciju i zaustavljanje u gornjem lijevom kutu i odaberite svoj uređaj.

Pritisnite command-R i aplikacija bi se trebala pokrenuti na vašem uređaju. Vaš će uređaj možda morati potvrditi identitete prije nego što se pokrene i bit će mu potreban pristup internetu tek sada.

Korak 12: Završne prilagodbe

Brojeve pinova možete prilagoditi za sve osim za LED za napajanje u aplikaciji PiBot Remote. Da biste promijenili pin za LED za napajanje, SSH postavite u PI i pokrenite naredbu:

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

Promijenite dvije instance 36 na bilo koji GPIO pin koji ste koristili. Zatim pritisnite control-X, y, enter.

I aplikacija i poslužitelj skloni su pogreškama. Pomoću konzole u načinu otklanjanja pogrešaka shvatite što se događa. Ako ste u nedoumici, pokušajte ponovno pokrenuti Pi i/ili ponovo pokrenuti aplikaciju. Ponekad se nakon kvara koda aplikacija ne može ponovno povezati jer je adresa već u upotrebi. U tom slučaju jednostavno promijenite port i aplikacija bi se trebala povezati.

Također, dok vozite robota s akceleratorom na svom uređaju, morate koristiti neke neugodne geste za kalibraciju, zaustavljanje/pokretanje, podešavanje kamere i prikazivanje/skrivanje trake kartica

• Kalibrirajte: Dodirnite i držite s dva prsta 0,5 sekunde (ako vaš uređaj to podržava, osjetit ćete haptičku povratnu informaciju nakon što je uređaj kalibriran
• Podešavanje kamere: Najteža gesta, učinite ono što je prethodno opisano za kalibraciju, zatim povucite prste prema gore da biste pomaknuli kameru prema gore i povucite prema dolje da biste pomaknuli kameru prema dolje. Podešavanje će se izvršiti kad podignete prste.
• Stop/Start Toggle: Kad idete na prikaz akcelerometra, robot je u početku podešen zanemariti naredbe kretanja. Za promjenu ove postavke dvaput dodirnite s dva prsta.
• Prikaži/sakrij traku s karticama: Da biste omogućili prikaz na cijelom zaslonu tijekom vožnje akcelerometra, traka s karticama automatski će se sakriti nakon nekoliko sekundi. Da biste ga ponovno prikazali, prijeđite prstom prema gore. Da biste ga sakrili, prijeđite prstom prema dolje.

Ako ste frustrirani problemima i neugodnostima vezanim uz moju aplikaciju, samo se sjetite da nisam imao nikakvo formalno obrazovanje iz programiranja bilo koje vrste. Zato pozdravljam savjete i prijedloge. Slobodno forkirajte moje GitHub datoteke.

Ako napravim bilo kakve prilagodbe na GitHubu, primijenim ih na robota preuzimanjem datoteka i slanjem putem rekurzivnog SCP -a na Pi na odgovarajućem mjestu. Ako ste klonirali projekt Xcode, jednostavno povucite promjenu. Inače, možete preuzeti projekt i slijediti korak 11 da biste otvorili aplikaciju na svom uređaju.

Ako učinite nešto zanimljivo s ovim vodičem, javite mi u komentarima, zanima me vidjeti kako se može koristiti kao predložak za sve vrste fascinantnih projekata.