Snap Circuits Telepräsenzroboter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Feiertage im Jahr 2020 sind etwas anders. Meine Familie ist über das ganze Land verstreut, und aufgrund der Pandemie können wir uns nicht zu den Feiertagen treffen. Ich wollte, dass sich die Großeltern in unsere Thanksgiving-Feier einbezogen fühlen. Ein Telepräsenzroboter wie der Double 3 wäre perfekt, außer dass er 4.000 Dollar kostet. Ich fragte mich, ob ich etwas Ähnliches für viel weniger Geld bauen könnte.

Der Snap Circuits® RC Snap Rover® ist ein ferngesteuerter Rover mit Elektronik, die auf Veränderung und Experimentieren ausgelegt ist. Es hat ungefähr die richtige Größe, um die Basis eines Telepräsenzroboters zu sein, und ich dachte, dass ich ihn wahrscheinlich so verdrahten könnte, dass er über das Internet gesteuert wird.

Wenn ich ein Tablet auf dem Rover montieren könnte, hätte ich einen Telepräsenz-Roboter, der Großeltern an unserer Feier teilhaben lässt! Sie könnten sich alleine im Haus bewegen und mit verschiedenen Menschen interagieren, anstatt an einem Ort festzusitzen. Die Neuheit könnte sie - und meine Kinder - auch mehr interessieren als ein normaler Videoanruf.

Ich habe den Roboter in der Nacht vor Thanksgiving arbeiten lassen und es war ein Riesenerfolg!

Mit handelsüblicher Elektronik und ein bisschen leichter Tischlerarbeit können auch Sie einen Telepräsenz-Roboter bauen. Kein Löten erforderlich!

Lieferungen:

Hardware

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Hinweis: Der Snap Rover 'Deluxe' verwendet nicht die gleichen Teile und funktioniert nicht mit dieser Anleitung. Wenn Sie den Deluxe Snap Rover besitzen, müssen Sie einen separaten Motorsteuerungs-IC erwerben

• Snap-to-Pin-Anschlüsse
• Raspberry Pi Zero W oder ein anderes Gerät mit programmierbaren GPIOs, die NodeJS ausführen können
• Gehäuse für den Raspberry Pi (optional)
• GPIO Hammer Header (weiblich)
• MicroSD-Karte (4 GB oder größer)
• USB-Akku und Micro-USB-Kabel zur Stromversorgung des Pi
• iPad oder ein anderes Tablet/Telefon

• Sonstiges Holz:

  • 1 "x 48" Holzdübel, auf die gewünschte Höhe geschnitten
  • 2x4, ca. 10" lang
  • 2 Stück 1/4" x 1" x 8" Formteil
  • 2 Stück 1x1 oder ähnlicher Schrott, ca. 3" lang
• Kleiner Karton als iPad-Halter
• Nylon-Gurtband, ca. 6'

Software

• Auf dem Rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (getestet mit dem inoffiziellen 14.15.1 armv6-Build auf einem Pi Zero W)
  • Pi-Rover-Fernbedienungssoftware

• Auf dem Tablet:

  Facetime, Zoom oder andere Videokonferenzsoftware

• Auf Ihrem PC:

  Ein SSH-Client (in Mac + Linux integriert; verwenden Sie etwas wie PuTTY für Windows)

Werkzeuge

• Bohren Sie mit 1 "Spatenbit
• Heißklebepistole
• Hammer
• Sah
• Maßband / Lineal

Für den Benutzer (Großeltern usw.)

Opa oder wer auch immer den Rover bedient, benötigt Folgendes:

Ein PC mit Videokonferenzsoftware (FaceTime, Zoom usw.) und einem Webbrowser

ODER

Ein Tablet/Telefon mit Splitscreen-Funktion und Videokonferenz-Software

ODER

• 2 Geräte:

  • Ein Telefon, Tablet oder ein anderes Gerät mit Videokonferenzsoftware und
  • Ein zweites Gerät mit Webbrowser, mit dem der Browser gesteuert werden kann, während das erste Gerät für Video verwendet wird

Schritt 1: Hardwareauswahl

Um den Rover über das Internet zu steuern, brauchte ich einen kleinen Computer, der sowohl den Rover steuern als auch als Webserver fungieren konnte, damit ein Großelternteil auf den Rover zugreifen konnte. Der Raspberry Pi Zero W passt perfekt. Es ist klein, verfügt über Wi-Fi und hat viel CPU-Leistung, um einen kleinen Webserver zu betreiben. Außerdem kostet es nur 10 US-Dollar, was weniger teuer ist als praktisch alle anderen Basteloptionen. Ich habe mein Pi + Zubehör von den hervorragenden Leuten von Adafruit bekommen.

Schritt 2: Vorbereiten des Pi: Header

Die pädagogischen Spielzeuge von Snap Circuits sind wie LEGO® Steine für die Elektronik. Sie lassen Sie Schaltungen ohne Löten verdrahten und sind relativ kindersicher. Hobby-Elektronikplatinen (wie der Raspberry Pi) bieten eine Reihe von Möglichkeiten, Dinge zu verdrahten, aber keine davon ist mit Snap Circuits kompatibel.

Um dies zu umgehen, installieren wir einen Header im Pi und verwenden dann spezielle "Snap to Pin" -Jumperdrähte, um den Pi ohne Löten mit dem Rover zu verbinden.

Installieren Sie die weiblichen Hammerköpfe gemäß der Installationsanleitung (beschriftet mit "für pHATs") in den Pi. Es ist wichtig, die Buchsenleisten zu verwenden; Diese ermöglichen es uns, die Überbrückungsdrähte anzuschließen.

Schritt 3: Vorbereiten des Pi: Software

Der Raspberry Pi lädt seine Software von einer MicroSD-Karte. Wir installieren ein Betriebssystem, booten dann den Pi und installieren ein paar andere Tools sowie die Steuerungssoftware für den Rover.

1. Verwenden Sie die Raspberry Pi Imager-Software auf Ihrem PC, um Raspberry Pi OS Lite (32-Bit) herunterzuladen und auf die SD-Karte zu installieren.
2. Verwenden Sie dieses Tutorial, um den Pi im 'headless'-Modus einzurichten, ohne eine Tastatur oder einen Bildschirm zu verwenden. Dadurch wird der Pi beim ersten Start auf WLAN geschaltet.
3. Aktivieren Sie das Secure Shell (ssh)-Protokoll auf dem Pi mithilfe der Schritte 3+4 aus diesem Tutorial zu SSH. Sie können den Teil über das Einrichten von "X-Weiterleitung" ignorieren. Auf diese Weise können Sie sich beim Pi anmelden, sobald es online ist.
4. Verschieben Sie die SD-Karte auf den Pi und starten Sie den Pi. Ich habe einen USB-Akku zur Stromversorgung verwendet, aber für diesen Schritt können Sie auch ein Netzteil oder ein Micro-USB-Kabel verwenden, um ihn von Ihrem PC aus mit Strom zu versorgen.
5. Finden Sie die IP-Adresse des Pi. Sie müssen sich mit dem Pi verbinden und später den Rover steuern.

6. Melden Sie sich von Ihrem PC beim Pi an. Der Abschnitt "Client einrichten" des SSH-Tutorials enthält detaillierte Anweisungen. Sie sollten jetzt beim Pi angemeldet sein:

   ssh pi@

7. Die Fernsteuerungssoftware verwendet ein Tool namens NodeJS. Um NodeJS auf dem Pi zu installieren, führen Sie die folgenden Befehle über SSH aus:

   wget

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

8. Sie sollten jetzt NodeJS auf dem Pi installiert haben. Um es zu testen, führen Sie

   Knoten -v Nach ein paar Sekunden sollte es die Version von NodeJS ausgeben, wie z

   v14.15.1

9. Als nächstes installieren wir die Rover-Steuerungssoftware namens pi-rover. Dies dauert einige Minuten:

   sudo apt-get install git

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

10. Führen Sie die Serversoftware auf dem Pi aus:

    Knotenindex.js

    Wenn alles gut geht, sollten Sie über einen Webbrowser auf Ihrem PC auf den Pi zugreifen können, indem Sie zu Port 8080 der IP-Adresse des Pi navigieren. Wenn die IP-Adresse Ihres Pi beispielsweise 192.168.1.123 lautet, gehen Sie zu

11. Beenden Sie die Serversoftware mit Strg-C.

12. Um den Server bei jedem Start des Pi auszuführen, installieren Sie die Systemdienstdatei:

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

    sudo systemctl aktivieren pi-rover.service

13. Sobald die Software getestet wurde und funktioniert, fahren Sie sie herunter, damit wir den Pi im Rover installieren können:

    sudo shutdown -h jetzt

Hinweis: Wenn Sie anderen Personen außerhalb Ihres Heimnetzwerks Zugriff gewähren möchten (z. B. Opa, der an Thanksgiving zu Hause ist), müssen Sie Ihren Router so konfigurieren, dass er Datenverkehr von Ihrer öffentlichen IP-Adresse an die Pi. Verwenden Sie dazu eine Anleitung zur Portweiterleitung, um Unterstützung zu erhalten.

Schritt 4: Verdrahten Sie den Rover

Der Snap Rover wird mit einer Anleitung zum Verkabeln der Fernbedienung geliefert, die mit dem Rover-Kit geliefert wird. Wir werden diese anpassen, um die Funkempfängerkomponente durch den Pi zu ersetzen.

Das Rover-Handbuch enthält eine Reihe von Schaltungen. Beginnen Sie mit #1 (dem "Nachtrover") und reißen Sie alles links von Spalte 6 heraus. Dadurch bleiben der Motorsteuerungs-IC, die (4) 1kΩ-Widerstände an den Eingängen zum Motorsteuerungs-IC, der Schiebeschalter, und die Drähte gehen zum Rover.

Schritt 5: Verdrahten Sie den Pi mit dem Rover

Wenn Sie ein Gehäuse für den Pi haben, es aber noch nicht installiert haben, tun Sie dies jetzt.

Der 40-Pin-Anschluss des Pi bietet viel Funktionalität. Wir verwenden mehrere der Allzweck-I/O-Pins (GPIO), um den Pi mit dem Rover zu verbinden. Es ist wichtig, dies genau wie hier gezeigt zu verdrahten; Bei falscher Verdrahtung besteht die Gefahr, dass der Pi oder der Rover beschädigt werden.

1. Pins auf dem Pi sind von 1-40 nummeriert. Es lohnt sich, die Pinbelegung zu überprüfen, um zu verstehen, wie sie angeordnet sind.

2. Verwenden Sie die Snap-to-Pin-Anschlüsse, um die folgenden 4 GPIOs mit den Widerständen an den Eingängen des Motorsteuerungs-ICs zu verbinden:

   1. Pin 11 (GPIO 17) zum Widerstand an LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) zum Widerstand an LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) zum Widerstand auf RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) zum Widerstand an RB
   5. Verwenden Sie einen weiteren Snap-to-Pin-Anschluss, um einen Massestift (Pin 14) vom Pi mit der Masse (-) am Rover zu verbinden. Obwohl wir 2 separate Netzteile haben (der Rover verwendet 9 V und der Pi verwendet 5 V von der USB-Batterie), sind die beiden Seiten elektrisch verbunden und wir benötigen eine gemeinsame Masse, damit die Schaltung funktioniert.

Schritt 6: Bauen Sie die Tablethalterung

Bei der Montage des Tablets müssen mehrere konkurrierende Anforderungen in Einklang gebracht werden:

• Das Tablet sollte so hoch in der Luft sein, dass es mit stehenden Kindern und Erwachsenen interagieren kann.
• Der Rover muss stabil genug sein, um ein Umkippen während der Fahrt zu vermeiden.
• Das Tablet sollte so nah wie möglich in der Mitte des Rovers montiert werden, um Stabilität und ein reibungsloses Fahrerlebnis zu gewährleisten.
• Der obere Teil des Rovers ist nur für die Befestigung von Snap Circuits ausgelegt, und es gibt keine gute Möglichkeit, ihn zu belasten, ohne die Komponenten zu beschädigen.

Teil 1: Brücken bauen

Die Oberseite des Rovers ist ein Kunststoffgitter mit Noppen, das die elektronischen Komponenten sichert. Eine Last direkt auf das Gitter zu legen wäre nicht stabil und könnte das Gitter beschädigen. Ich entschied mich, eine Art Brücke über die Basis zu bauen, mit Stützen, die zwischen den Unebenheiten auf dem Gitter sitzen, und einem Dübel, der an der Oberseite der Brücke montiert ist. Ich benutzte ein Nylonband, um die Brücke + Dübelbaugruppe am Roverkörper zu befestigen.

1. Schneiden Sie einen 2x4 auf etwa 10" lang; er sollte länger sein als der Rover breit ist, damit wir ihn sicher am Rover befestigen können.
2. Schneiden Sie ein Paar 8-Zoll-Stücke aus den 1/4-Zoll-Formstreifen. Diese helfen, die Tablet-Halterung zu stabilisieren und zu verhindern, dass sie nach vorne und hinten kippt.
3. Kleben Sie die Formstreifen auf die 2x4. Die Streifen sollten so beabstandet sein, dass sie in die Rillen des Gitters passen, zwischen den Erhebungen (ca. 5" voneinander entfernt). Die Streifen sollten so montiert werden, dass die Unterseite des 2x4 über der Elektronik sitzt.
4. Schneiden Sie ein Paar 3"-Stücke aus dem 1x1 und kleben Sie sie an die Ecken, wo die Leisten auf die 2x4 treffen. Das Ziel hier ist, zu verhindern, dass die Leisten unter seitlichem Druck von der 2x4 abbrechen.
5. Verwenden Sie den 1 "Spatenbohrer, um ein Loch für den Dübel in die Oberseite des 2x4 zu bohren. Das Loch muss nicht ganz durch das 2x4 gehen; lassen Sie etwa 1/8" Holz am Boden des Lochs intakt um den Dübel zu stützen. Das Loch sollte zu einer Kante des 2x4 versetzt sein, um Platz für das Nylonband auf der anderen Seite zu lassen. Kleben Sie den Dübel in das Loch und achten Sie darauf, dass er vertikal ist.

Hinweis: Ein kleinerer Dübel könnte funktionieren. Ich habe einen Durchmesser von 1 gewählt, um sicherzustellen, dass es steif genug ist, um Schwingungen zu dämpfen. Sie möchten Opa nicht beim Fahren krank machen!

Teil 2: Tablet-Halter

Ich brauchte eine leichte und dennoch stabile Möglichkeit, das Tablet an der Oberseite des Dübels zu befestigen. Das Tablet selbst sollte so nah wie möglich am Dübel gehalten werden, damit sein Gewicht nicht wie ein Hebel wirkt, der versucht, den Rover umzukippen. Nachdem ich kurz überlegt hatte, eine Schachtel aus einem leichten Holz wie Lindenholz zu bauen, entschied ich mich für den aufwandsarmen Ansatz, einen Karton in geeigneter Größe zu zerschneiden. Ich habe eine Schachtel gefunden, die ungefähr 10 "x 12" x 1" groß war. Schneiden Sie ein Ende ab, damit das Tablet hineingleiten kann, und schneiden Sie eine rechteckige Öffnung an einer Seite, damit der Tablet-Bildschirm sichtbar ist. Verwenden Sie Heißkleber, um den Tablet-Halter zu befestigen bis zur Spitze des Dübels.

Schritt 7: Anschnallen

Wir müssen die Tablethalterung am Rover befestigen. Dafür ist der Rover nicht ausgelegt und es gibt keine bequemen Befestigungsmöglichkeiten. Ich entschied mich, die Halterung mit einem langen Nylonband zu sichern, das um beide Achsen (nicht Achsen!) des Rovers gewickelt ist. Dadurch wird verhindert, dass die Halterung nach vorne, hinten oder zu einer Seite kippt. Stellen Sie sicher, dass das Band keinen Druck auf die elektrischen Komponenten ausübt, und stellen Sie sicher, dass es fest angezogen und gesichert ist, damit es sich nicht lösen kann.

Schritt 8: Beginnen Sie mit dem Roving

Sobald die Tablethalterung am Rover befestigt wurde, schalten Sie den Raspberry Pi und den Rover ein. Sobald der Pi online ist, loggen Sie sich in das Webinterface ein (z. B. https://192.168.1.123) und 'Steuerung anfordern'. Sie sollten jetzt in der Lage sein, herumzufahren! Es kann immer nur eine Person den Rover fahren. Geben Sie also unbedingt die Kontrolle über den Rover ab, bevor Sie es von jemand anderem versuchen lassen.

Anleitung für Großeltern

Sobald der Rover online ist, rufen Sie Opa (oder Oma!) über FaceTime an. Sobald sie abheben, lassen Sie sie einen Webbrowser öffnen und zu Ihrer öffentlichen IP-Adresse gehen. Je nachdem, welches Telefon/Tablet/Computer sie verwenden, müssen sie möglicherweise in den Modus "Geteilter Bildschirm" wechseln oder ein zweites Gerät verwenden.

Sobald sie die Webseite geladen haben, sollten sie die Steuerschnittstelle des Rovers sehen. Lassen Sie sie die Kontrolle anfordern. Jetzt können sie mit dem Rest der Familie interagieren, als ob sie dort wären!

Schritt 9: Zukünftige Verbesserungen

Dieses Design ist nicht perfekt. Einige mögliche Verbesserungen:

• Stabilisatoren für den Rover, damit er nicht so früh umkippt, wenn er von einem Kind, Haustier usw.
• Eine Möglichkeit, zu verhindern, dass der Rover gegen Dinge stößt (der Fahrer kann nicht nach unten schauen!)
• Mehr Finesse in der Steuerung der Pi-Rover-Software. Im Moment sind sie in etwas fest codiert, das für uns gut genug funktioniert hat.
• Betten Sie das Videokonferenz-Tool in die Webseite ein, damit Oma nicht 2 Geräte braucht, um den Rover zu benutzen