SOLARBOI - ein 4G-Solar-Rover, um die Welt zu erkunden! - Gunook

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

Seit ich klein war, habe ich es immer geliebt, zu erkunden. Im Laufe der Jahre habe ich viele Builds von ferngesteuerten Autos gesehen, die über WiFi gesteuert werden, und sie sahen lustig genug aus. Aber ich träumte davon, so viel weiter zu gehen – in die reale Welt, weit über die Grenzen meines Hauses, meiner Straße oder sogar meiner Vorstadt hinaus. Ich sehnte mich danach, einen Roboter zu bauen, der weit darüber hinausgehen könnte. Dazu habe ich einen Roboter mit einer Kamera, einer 4G-Datenverbindung und einer Solarstromanlage ausgestattet, die tage-, wochen- oder sogar monatelange Missionen ermöglicht. Ich streame jetzt regelmäßig Live-Missionen auf Twitch.tv und SOLARBOI trägt seinen Teil dazu bei, weiter in die australische Landschaft vorzudringen als jeder Roboter je zuvor! Das Ziel von SOLARBOI ist es, in einem australischen Landstädtchen zu bleiben und seinen Weg nach draußen, ins Grüne und weiter zu weiteren Zielen zu finden. Sie kann bei ihrer Mission keine externe Hilfe erhalten, andernfalls gilt sie als gescheitert. Es muss sich Kilometer für Kilometer über Tage und Wochen auf den Weg machen und sich nur auf die Sonne zum Laden und das 4G-Netz für die Kommunikation zurück zur Basis verlassen. Während die Grundlagen des Projekts einfach klingen, ist es unglaublich schwer, es umzusetzen!Dieser Leitfaden dient dazu, die Grundlagen der Funktionsweise von SOLARBOI zu erklären und Ideen zu präsentieren, wie man am besten eine Roboterplattform baut, die wochenlang im Freien überleben kann. Es ist keine genaue Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie Sie Ihre eigenen erstellen können; Stattdessen ist es ein Ausgangspunkt, an dem Sie Ihre eigenen Builds und Designs erkunden können.

Schritt 1: Schritt 1: die Hardware

Zunächst benötigen Sie ein Chassis für Ihren Roboter. Während viele mit 3D-gedruckten Rover-Designs experimentieren, habe ich mich für ein beliebtes Spielzeug aus meiner Kindheit entschieden. Der Radio Shack RAMINATOR sah cool aus, mit großen Reifen, Allradantrieb und funktionierender Federung aus der Box. Obwohl es für Geschwindigkeit über Drehmoment optimiert ist, entschied ich, dass dies als Grundlage für mein Rover-Projekt gut geeignet wäre. Nachdem ich die RC-Hardware in Spielzeugqualität herausgerissen hatte, ersetzte ich den Motor durch einen gebürsteten Hobbyking-Regler, während ich das ursprüngliche Lenkungssetup entfernte und durch ein robustes Servo ersetzte. Lithium-Polymer-Batterien wurden installiert, um SOLARBOI die Kraft zu geben, stundenlang zu fahren.

Wenn die Mechanik aus dem Weg geräumt ist, ist Befehl und Kontrolle die nächste wichtige Überlegung. Dafür habe ich mich für einen Raspberry Pi Zero entschieden. Entworfen, um eine kleine Menge Energie zu schlucken, ist es mit USB-Peripheriegeräten kompatibel und eignet sich perfekt für ein Projekt mit Internetverbindung. Als Bonus funktioniert es gut mit dem Raspberry Pi-Kamera-Peripheriegerät, das uns einen Überblick über die Umgebung des Roboters gibt, wenn wir auf dem Feld sind. Ich habe mich für SOLARBOI für ein Fischaugen-Kameraobjektiv entschieden, das uns einen schönen Weitblick bietet, um uns in der Welt zurechtzufinden. Für eine Verbindung zurück zur Heimatbasis verlassen wir uns auf einen 4G-Dongle, der uns die hohe Bandbreite gibt, die wir benötigen, um Befehle an den Roboter zu senden und Video zurück zu empfangen.

Solarenergie ist der Schlüssel zur Mission von SOLARBOI, daher der Name. Ein 20-W-Solarpanel ist installiert, um das Beste aus der Sonne zu machen, auch an Tagen, die eher bedeckt als sonnig sind. Es wird verwendet, um tagsüber die Batterien aufzuladen, damit SOLARBOI dann nachts fahren kann, weg von neugierigen Blicken und böswilligen Eindringlingen. Natürlich können wir selbst mit dem Pi Zero mit geringem Stromverbrauch nicht alles laufen lassen sonst würden wir die Batterien zu schnell entladen. Daher muss der Pi die meiste Zeit ausgeschaltet, aber in regelmäßigen Abständen eingeschaltet werden, um die Position von SOLARBOI zu melden und uns zu ermöglichen, sich einzuloggen und den Roboter zu fahren, wenn wir es wünschen. Um dies zu erreichen, führt ein Arduino Pro Micro ein spezielles Programm aus, das SOLARBOI für die ersten 5 Minuten jeder Stunde einschaltet. Wenn wir uns über Mission Control beim Roboter anmelden, bleibt er eingeschaltet, sodass wir die Mission ausführen können. Wenn es keine Verbindung erkennt, fährt es den Raspberry Pi wieder herunter, um Energie zu sparen und den verfügbaren Solarstrom optimal zu nutzen. GPS wird auch verwendet, um sicherzustellen, dass Mission Control immer die Position von SOLARBOI kennt. Wenn Sie mitten in der Nacht auf dem Land fahren, kann es sehr schwierig sein, sich allein mit visuellen Hinweisen zurechtzufinden. Somit ermöglicht uns das GPS, den Standort des Roboters im Blick zu behalten und unsere Ziele bis tief in das regionale Australien zu erreichen.

Schritt 2: Schritt 2: die Software

Natürlich ist es schön und gut, einen Rover zu haben, aber er braucht Software, damit er funktioniert. Die Software von SOLARBOI wird ständig weiterentwickelt, um eine bessere Leistung zu ermöglichen und die Benutzerfreundlichkeit im Laufe der Zeit zu verbessern.

Der Rover verwendet Raspbian, das Standard-Betriebssystem des Raspberry Pi Zero. Mission Control läuft unter Windows. Dies führt zu einigen Problemen mit verschiedenen Linux-Dienstprogrammen, die speziell bei Mission Control installiert werden müssen. Letztendlich hat uns dieses Setup jedoch ermöglicht, viele erfolgreiche Kilometer mit SOLARBOI zu fahren, und macht den Job gut. Das Video wird vom Roboter über Gstreamer zurück zu Mission Control gestreamt. Es ist schwer zu bedienen und für Anfänger nicht gut dokumentiert. Es ermöglicht uns jedoch einen Audio- und Videostream mit geringer Latenz vom Roboter, der gerade gut genug ist, um ohne allzu viele Probleme zu fahren. Es kommt zwar zu Ausfällen und es gibt einige Verzögerungen, aber wenn Sie die weltweit ersten Roboter bauen, um die Landschaft zu erkunden, machen Sie das Beste aus dem, was Sie haben! Das Streaming erfolgt in nativem H264 von der Raspberry Pi-Kamera, um zu vermeiden, dass der Pi Zero durch das Transkodieren im laufenden Betrieb zu stark belastet wird. Die Steuerung des Roboters erfolgt über benutzerdefinierten Python-Code mit einer Server-/Client-Architektur. Mit Bibliotheken wie PiGPIO und Servoblaster sind wir in der Lage, das Antriebssystem des Roboters und andere Funktionen in Echtzeit zu steuern. Die Installation ist dank des gut entwickelten Raspberry Pi-Ökosystems ein Kinderspiel.

Wir verwenden eine Vielzahl von Bibliotheken in Python, um Telemetrie auf dem Bildschirm anzuzeigen. Am wichtigsten ist MatPlotLib, die unsere Batteriediagramme in Mission Control darstellt, die es uns ermöglichen, die Leistung von SOLARBOI während einer Live-Mission zu überwachen.

Schritt 3: Schritt 3: Die Dinge, die Sie nur im Feld lernen

Kein Plan überlebt den ersten Feindkontakt, wie man sagt. Auf diese Weise hat SOLARBOI viele Versuche durchgemacht, um zu einer altmodischen Telefonzelle tief im ländlichen New South Wales zu navigieren. Dies sind Lektionen, die oft nur im Feld gelernt werden können, und die wir auf die harte Tour gelernt haben. Heimlichkeit ist ein Hauptanliegen. Wenn sich der Roboter von seiner Umgebung abhebt, kann er tagsüber beim Aufladen von Passanten leicht gefunden werden. Aufgrund der geringen Größe und des geringen Gewichts der Plattform könnte SOLARBOI leicht gestohlen oder zerstört werden und somit seine Mission verfehlen. Dies ist ein Risiko, das wir jedes Mal eingehen, wenn wir in freier Wildbahn einsetzen. Um dies abzumildern, ist SOLARBOI in einem grünen, düsteren Finish lackiert, um sich einzufügen. Einen sicheren Platz zum Aufladen mit viel Sonnenlicht, aber minimaler Sicht zu finden, ist eine ständige Herausforderung auf seinem Weg. Wir hatten in der Vergangenheit Probleme, an Felsen stecken zu bleiben oder gegen kleine Bäume zu prallen. Dies liegt meistens an einer Kamera mit einem schlechten Sichtfeld, schlechten Lichtverhältnissen in der Nacht und extremer Müdigkeit des Bedieners. Unsere Upgrades auf bessere Scheinwerfer und Fisheye-Linsen sollen dieses Problem in Zukunft abwenden. Langsames und stetiges Vorankommen, anstatt absolute Geschwindigkeit, ist auch ein gutes Mantra, um zu leben, um zu vermeiden, dass Sie mit einer Videoverzögerung von 500 ms gegen Objekte stoßen. Das bedeutet, dass die Hardware von SOLARBOI in Topform sein muss, damit die stundenlange Fahrt zum Einsatzort nicht umsonst ist. Das hat uns in vergangenen Einsätzen viel Benzin und Zeit gekostet, was wir in Zukunft mit rigorosen Tests vermeiden wollen. Beim Einsatz eines Roboters in der Ferne ist dies dennoch zu beachten. Schließlich ist eine gute Ausstattung bei Mission Control ein Muss. Koffein muss zur Hand sein, um die Crew scharf und wachsam zu halten, sowie Wasser, um die richtige Flüssigkeitszufuhr aufrechtzuerhalten. Eine klare und aktuelle Telemetrie ist auch hilfreich, um Probleme schnell zu diagnostizieren, und ein Video-Feed mit geringer Latenzzeit ohne Aussetzer ist das Beste für reibungsloses Fahren in der australischen Wildnis. Dadurch kann der Fahrer bei Bedarf auch die Geschwindigkeit des SOLARBOI optimal nutzen, um vorbeifahrenden Autos, Wildtieren oder Shackleton the Cat, den wir in Mission 1 kennengelernt haben, auszuweichen. Insgesamt hat SOLARBOI bei zukünftigen Missionen noch viel vor sich und wird idealerweise viele Monate im Feld verbringen, um weit und breit zu erkunden. Um die Reise von SOLARBOI zu verfolgen, folge auf Twitch.tv und Youtube und genieße die Missionen unten! Wie immer wird es weitere Abenteuer geben, da SOLARBOI sich entwickelt und immer weiter von zu Hause aus reist!