Pocket Spy-Roboter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Langeweile während des Lockdowns? Möchten Sie das dunkle Reich unter dem Wohnzimmersofa erkunden? Dann ist der Spionageroboter im Taschenformat genau das Richtige für Sie! Mit einer Höhe von nur 25 mm ist dieser kleine Roboter in der Lage, sich an Orte zu wagen, die für Menschen viel zu klein sind, und gibt alles, was er sieht, über eine praktische Telefon-App zurück!

Anforderungen:

Mittlere Erfahrung in der Elektronik

Grundkenntnisse in Python und der Himbeerpi

Viel Zeit

Lieferungen

Teile:

• Raspberry Pi Zero W (Nicht WH, da wir die bereitgestellten Header nicht verwenden)
• Raspberry-Pi-Kamera
• SD-Karte für den Pi (8 GB oder mehr ist am besten)
• 2x 18650 Akkus und Halterung (Da kein Ladekreis eingebaut ist, hilft auch ein Ladegerät!)
• 2x 300RPM 6V Mikrogetriebemotoren
• L293D Motorcontroller
• LM7805 Spannungsregler
• 22μF Kondensator
• 10μF Kondensator
• 2,54 mm SIL-Stiftstifte und -Buchsen (jeweils 2 x 8-lange Abschnitte)
• 2,54 mm 90-Grad-Winkelstifte
• 10x M3 x 8mm Senkkopfschrauben
• 4x M3 x 12mm Senkkopfschrauben
• 14x M3 Nylock-Muttern
• Dupont-Stecker-Kit (kann ohne auskommen, macht aber das Leben viel einfacher)
• 5 mm x 80 mm Aluminium- oder Stahlstange
• Verschiedene Drähte
• Lötplatine

Werkzeuge:

• Lötkolben und Lot
• Satz von Dateien
• Verschiedene Schraubendreher
• Bastelmesser irgendeiner Art
• Sekundenkleber
• Kabelschneider
• Abisolierzangen
• Elektrischer Bohrer und Bit-Satz (3 mm und 5 mm werden verwendet, um die Löcher im Druck zu säubern)
• 3D-Drucker (Obwohl man die Teile von einem von vielen dieser Dienste drucken und an Sie versenden lassen kann)
• Mini-Bügelsäge
• Multimeter
• Isolierband

Schritt 1: Aufbau des Chassis

Mir wurde ziemlich früh klar, dass Gaffer Tape zwar unglaublich ist, aber wahrscheinlich nicht verwendet werden sollte, um ein robustes Chassis herzustellen, also war der 3D-Druck die nächste naheliegende Wahl (Irgendwann werde ich dieses abziehen, sobald Ich werde es hochladen.) Die Teile sind so konzipiert, dass sie mit den in den Fotos oben gezeigten ineinandergreifenden Abschnitten zusammengeklebt werden, da ich einen Elegoo Mars-Drucker verwende, der schöne Drucke produziert, aber leider eine ziemlich kleine Bauplatte hat. Hier kommen die Dateien und der Sekundenkleber ins Spiel, die oben beschrifteten Kanten müssen abgefeilt werden, bis sie genau in die Schlitze des nächsten Teils passen. Ich fand, dass 3D-Drucker nicht perfekt sind, dies ist der beste Weg, um es zu bekommen Paßt wie angegossen. Also, wenn das Feilen fertig ist, kleben Sie die Teile zusammen! (Nur nicht deine Finger, wie ich eins zu oft gelernt habe) Beim Zusammenkleben der Teile empfehle ich, sie auf eine ebene Fläche zu legen, um sicherzustellen, dass sie gerade sitzen. (Abwiegen kann dabei helfen)

Ein paar der Löcher müssen mit einem 5-mm-Bohrer (beschriftet im 5. Bild) ausgebohrt werden. Dies sollte sehr sorgfältig oder mit einer Kreisfeile erfolgen, um das Risiko des Einschnappens des Teils zu minimieren. Um die spätere Montage zu erleichtern, sollten alle 3 mm Löcher im Chassis mit einem 3 mm Bohrer aufgebohrt werden, damit die Schrauben gut passen. Außerdem befindet sich an der Unterseite des Chassis eine Reihe von sechseckigen Ausschnitten, in die die Nylocks passen. Es lohnt sich, eine kleine Feile zu verwenden, um diese zu erweitern, wenn die Muttern nicht leicht hineinpassen. Ich fand es viel besser, die genaue Größe zu entwerfen und dann bei Bedarf Material zu entfernen, da dies die beste Passform ergibt.

Teile zum Drucken:

• Chassis1.stl
• Chassis2.stl
• Chassis3.stl
• Chassis4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Wheel1.stl
• 2x Wheel2.stl
• top.stl

Schritt 2: Die Schaltung

Da der ganze Sinn des Projekts kompakt ist, ist die Schaltung zur Stromversorgung des Pi selbst und der Motoren in einer einzigen Platine eingebaut, die ähnlich wie bei einem HAT auf dem Pi sitzt und durch Einstecken in auf den GPIO gelötete Header verbunden wird. Da die Motoren recht klein sind und nicht viel Strom benötigen, habe ich einen L293D Dual-H-Brücken-Motorcontroller verwendet, um sie mit Strom zu versorgen, da der GPIO des Pi beschädigt werden kann, wenn er zum Antrieb von Motoren verwendet wird (Gegen-EMF und dergleichen sowie Überstrom).). Die duale H-Brücke verwendet einen Satz von NPN- und PNP-Transistoren, sodass der Motor vorwärts dreht, wenn die Transistoren Q1 und Q4 mit Strom versorgt werden und somit Strom durchfließen kann. Wenn Q2 und Q3 mit Strom versorgt werden, fließt Strom in die entgegengesetzte Richtung durch den Motor und dreht ihn rückwärts. Dies bedeutet, dass der Motor ohne den Einsatz von Relais oder anderen Komponenten in beide Richtungen gedreht werden kann und wir den Motor separat zum Pi versorgen können, anstatt ihn abzuzapfen.

Der LM7805 versorgt den Pi über den 5V GPIO-Pin mit Strom, sollte jedoch nicht zur Stromversorgung des L293D verwendet werden, da der Pi fast den gesamten 1A-Ausgang des 7805 benötigen kann, daher ist es am besten, nicht zu riskieren, ihn zu schmelzen.

Sicherheit:

Wenn die Schaltung falsch aufgebaut ist und dem Pi mehr als 5 V zugeführt werden oder er durch einen anderen Pin gesteckt wird, wird der Pi irreparabel beschädigt. Noch wichtiger ist, dass die Schaltung gründlich überprüft und auf Kurzschlüsse getestet werden sollte, insbesondere an den Batterieeingängen, da LiPos dazu neigen, Probleme zu verursachen, *Husten*, Explosionen, wenn sie kurzgeschlossen sind, das sollten Sie wahrscheinlich vermeiden. Ich fand den besten Weg, dies zu testen, indem ich die Schaltung testete, indem ich einen 4-Block von AA-Batterien an den Eingang anschloss und die Ausgangsspannung mit einem Multimeter maß. Wie auch immer, der Sicherheitskram ist vorbei, lass uns etwas löten!

Die Platine sollte nach dem obigen Schaltplan und in einer ähnlichen Konfiguration wie meine Schaltung gebaut werden, da dieses Layout sauber über den Pi passt und die LiPos noch nicht explodiert sind (Daumen drücken). Es ist wichtig, dass die folgende Reihenfolge eingehalten wird, da die Drähte in der Nähe oder über anderen Drähten und Pins verlegt werden. Diese Reihenfolge bedeutet, dass diese Drähte zuletzt ausgeführt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Beim Löten auf die Header-Pins ist es wichtig, sie in einen freien Abschnitt des Headers zu stecken, um sicherzustellen, dass sie sich beim Erhitzen nicht bewegen.

Schritte:

1. Schneiden Sie das Brett auf Größe und feilen Sie die Schnittkante glatt (meine verwendet 11 Reihen mal 20 Reihen und hat hilfreicherweise Buchstaben und Zahlen, um sie zu codieren). Ich werde die Positionen der Stifte auf dem Brett mit diesem Koordinatensystem angeben, um das Leben zu erleichtern. Da das Board 2-seitig ist, bezeichne ich die dem Pi zugewandte Seite als 'B'-Seite und die vom Pi abgewandte Seite als 'A'-Seite.
2. L293D und LM7805 anlöten, der obere linke Pin des L293D befindet sich auf der B-Seite an Position C11. Beim LM7805 müssen die Ausgangspins so gebogen werden, dass die Metallrückseite des Chips flach an der Platine anliegt, der linke Pin sollte sich in Position P8 befinden.
3. Löten Sie die Kopfstifte an Ort und Stelle, man sollte zuerst die kürzere Seite der Stifte durch den schwarzen Block schieben, bis sie flach an der Oberseite des Blocks anliegen. Sie sollten von der A-Seite mit der unteren rechten Ecke in Loch T1 durchgesteckt und von der B-Seite wie in den Bildern oben gezeigt und dokumentiert verlötet werden. Wenn dies erledigt ist, schneiden Sie die schwarzen Blöcke vorsichtig ab und stecken Sie die 2 Stiftreihen in die entsprechenden Stiftleisten, die noch nicht mit dem Pi verlötet werden sollen. Diese stellen sicher, dass sich die Stifte beim Löten nicht bewegen.
4. Als nächstes löten Sie die Motor- und Batteriestifte ein, 4 breit für den Motor und 2 breit für die Batterie. Die Batteriestifte sollten in den Steckplätzen J4 und K4 auf der B-Seite platziert werden, die Motorstifte zwischen L2 und O2 auf der B-Seite.
5. Die beiden Kondensatoren müssen jetzt eingelötet werden, beide von der B-Seite. Die Anode (positiver Schenkel) des 22μF-Kondensators sollte sich in Steckplatz P10 auf der B-Seite befinden und sollte mit dem verbleibenden Abschnitt des Schenkels an P8 gelötet werden, bevor Reste abgeschnitten werden. Die Kathode (negatives Bein) sollte durch den Schlitz P11 gesteckt und wie im Bild zu sehen gebogen werden, um eine Verbindung mit P7 (der Kathode des 7805) herzustellen. Die Anode des 10μF Kondensators sollte durch Steckplatz P4 gesteckt und das Bein an Pin P9 gelötet werden, die Kathode sollte durch Steckplatz P3 gesteckt und wie der andere Kondensator mit P7 verbunden werden.
6. Die Anschlussdrähte sollten die in den obigen Bildern zu sehenden Pfade nehmen. Um Lesezeit zu sparen, habe ich eine Liste der Pins zusammengestellt, die mit diesen verbunden werden sollen, der Reihe nach und mit den angegebenen Seiten, die angegebene Seite ist die Seite, die das isolierte Teil des Drahtes liegt auf. Die Koordinaten werden so formatiert, dass der erste Buchstabe die Seite bezeichnet, gefolgt von der Koordinate. Wenn ich zum Beispiel einen L293D-Pin mit einem Ausgang verbinden würde, könnte das gleiche Loch, das der Pin verwendet, nicht verwendet werden, so dass das benachbarte Loch wäre, der Pin, mit dem der Draht verbunden ist, wird auf beiden Seiten der Löcher platziert, durch die sie gehen. Dies würde wie folgt aussehen B: A1-A2 bis G4-H4, wobei der Draht durch die Löcher A2 und G4 geht. Hinweis: Auf meinen Fotos hat die A-Seite keine Beschriftung, nehmen Sie an, dies wäre von links nach rechts.
7. Da Sie den Lötkolben bereits herausgenommen haben, ist jetzt ein guter Zeitpunkt, um die Motor- und Batteriekabel zu verlöten, ich würde ca. 15cm für die Motorkabel empfehlen, die horizontal an die Rückplatte des Motors gelötet werden sollten, um Platz zu sparen, ein Foto davon ist oben. Am anderen Ende der Motordrähte werden Steckverbinder benötigt. Ich würde empfehlen, nach dem Crimpen eine winzige Menge Lötmittel in diese zu geben, um eine feste Verbindung zu gewährleisten. Das rote Kabel von einem Batteriehalter sollte mit dem schwarzen Kabel des anderen verlötet werden, wobei ein Abstand von etwa 4 cm zwischen den beiden verbleibt.

Verdrahtung:

1. B: C4-B4 bis F11-G11
2. B: C9-B9 zu O1-O2
3. B: G11-H11 bis K5-K4
4. B: F9-G9 bis M1-M2
5. B: F8-G8 bis I4-J4
6. B: F6-G6 bis L1-L2
7. B: K4-L4 bis O10-P10
8. B: F7-H7 bis N7-O7
9. Auf der A-Seite sind alle Drähte an dieser Seite angelötet, es werden keine Drähte durchgezogen, so dass nur 2 Koordinaten benötigt werden.
10. A: O4 zu O2
11. A: O5 bis N2
12. A: O10 bis M2
13. A: O7 bis P2
14. A: R4 bis Q2
15. A: Die Massestifte O7, O8, R7 und R8 sollten alle verbunden sein.
16. A: E7 bis K4
17. A: O1 bis R10
18. A: M1 bis R11
19. A: E4 bis T1
20. A: G2 bis R6

Ich würde empfehlen, dies mit dem obigen Schaltplan zu überprüfen, um eine korrekte Verdrahtung sicherzustellen, bevor Sie testen. Das Testen der Schaltung sollte mit einem Multimeter-Set zum Testen der Konnektivität durchgeführt werden. Die Pins, die überprüft werden sollten, sind wie folgt, aber wenn Sie bereits mit Elektronik vertraut sind, testen Sie so viel wie möglich. Zur Überprüfung: Batterieeingangspins, Motorpins, alle Pins des Headers für den Pi und der 7805-Eingang und -Ausgang gegen Masse.

Schritt 3: Einrichten des Pi

In diesem Tutorial gehe ich davon aus, dass Ihr Pi bereits mit einem Image eingerichtet und mit dem Internet verbunden ist. Wenn Sie das Pi zum ersten Mal einrichten, schlage ich vor, dass Sie die folgende Anleitung von ihrer Website verwenden, um das Image zu installieren:

www.raspberrypi.org/downloads/

Ich fand, dass das Leben viel einfacher wird, wenn man mit dem Pi arbeiten kann, während man sich noch im Roboter befindet, aber da der HDMI-Anschluss mit einem Abstandshalter blockiert ist, ist Remote-Desktop das nächstbeste. Dies ist ziemlich einfach einzurichten mit einem Paket namens xrdp und dem RDP-Protokoll von Microsoft (in Windows integriert, also kein Faffing an diesem Ende).

Um xrdp einzurichten, stellen Sie zunächst sicher, dass Ihr pi aktualisiert wird, indem Sie die Befehle 'sudo apt-get update' und 'sudo apt-get upgrade' ausführen. Führen Sie als nächstes den Befehl 'hostname -I' aus, der die lokale IP-Adresse des Pi zurückgeben sollte und Sie können loslegen! Drücken Sie die Windows-Taste auf Ihrem Computer und öffnen Sie ein Programm namens 'Remote Desktop Connection'. Geben Sie dann die IP-Adresse Ihres Pi in das Feld Computer ein, gefolgt vom Benutzernamen 'pi', wenn Sie dies nicht geändert haben, drücken Sie die Eingabetaste und eine Verbindung wird mit dem pi erstellt.

Das erste Paket, das Sie benötigen, ist für die Kamera, da dies nicht mein Fachgebiet ist, habe ich einen Link zum offiziellen Handbuch hinzugefügt, das für mich perfekt funktioniert hat.

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

Sobald Sie diese Anleitung befolgt und die obige Software installiert haben, können Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren!

Schritt 4: Der Code

Das Wichtigste zuerst mit dem Code, die Programmierung ist bei weitem nicht mein Lieblingsteil der Robotik. Obwohl das Programm voll funktionsfähig ist, ist die Struktur zweifellos nicht perfekt. Wenn Sie also Probleme damit bemerken, würde ich mich über Feedback sehr freuen!

Laden Sie die angehängte Python-Datei auf Ihr Pi herunter und legen Sie sie im Ordner "Dokumente" ab. Öffnen Sie dann ein Terminal, um mit der Einrichtung der automatischen Ausführung zu beginnen. Um sicherzustellen, dass Sie nicht jedes Mal, wenn Sie den Roboter verwenden möchten, den Desktop per Remote-Desktop auf den Pi übertragen müssen, können wir den Pi so einrichten, dass er das Programm beim Start ausführt. Starten Sie das Setup, indem Sie "sudo nano /etc/rc.local" in das Terminal eingeben, was einen terminalbasierten Texteditor namens Nano öffnen sollte, scrollen Sie zum Ende der Datei und suchen Sie die Zeile "exit 0", create eine neue Zeile darüber und geben Sie "sudo python /home/pi/Documents Spy_bot.py &" ein. Dies fügt den Befehl zum Ausführen der Python-Datei während des Bootvorgangs hinzu, da unser Programm kontinuierlich ausgeführt wird. Um Nano zu verlassen, drücken Sie Strg+x und dann y. Geben Sie nach dem Verlassen des Terminals "sudo reboot" ein, um das Pi neu zu starten und die Änderungen zu übernehmen.

Wenn sich die Motoren in die falsche Richtung drehen, öffnen Sie die Datei Spy_bot.py mit dem Texteditor und scrollen Sie zum Motorabschnitt des Codes, der mit Anweisungen zu den genauen zu tauschenden Zahlen beschriftet ist. Wenn der linke und der rechte Motor vertauscht sind, kann dies entweder im Code behoben werden oder durch Vertauschen der Leitungen.

Der Code ist mit Details zu den einzelnen Abschnitten versehen, sodass er leicht geändert und verstanden werden kann.

Schritt 5: Alles zusammenfügen

Montage der Motoren:

Nachdem Sie das Chassis bereits zusammengeklebt und den Pi aufgestellt haben, können Sie jetzt den Roboter zusammenbauen! Der beste Ausgangspunkt sind die Motoren, deren Halterungen so gestaltet sind, dass sie eng anliegen, so dass es wahrscheinlich ist, dass an den kleinen Noppen auf der Innenseite, die auf dem Foto oben beschriftet sind, etwas Feilen benötigt wird. Die Löcher am Ende müssen möglicherweise auch etwas aufgeweitet werden, damit der erhabene Goldabschnitt am Ende der Motoren darin passt. Sobald die Motoren gut in die Gehäuse passen, können Sie den Motor entfernen und die Gehäuse mit den M3 x 8mm Schrauben und Nylocks in ihre Position am hinteren Ende des Roboters schrauben und dann die Motoren wieder in ihre Plätze stecken.

Anbringen der Elektronik:

Als nächstes können die Batteriehalter und der Himbeer-Pi mit M3 x 8-mm-Schrauben und Nylocks gemäß den Fotos verschraubt werden Dies ist mit einer kleinen runden Feile und viel Vorsicht. Es lohnt sich, die Batterie- und Motorkabel darunter zu legen, wo das Pi geht, da dies das gesamte Setup ohne lose Kabel überall viel ordentlicher macht.

Jetzt ist es an der Zeit, die Kamera hinzuzufügen, die auf die 4 Stifte an der Vorderseite des Gehäuses mit dem Kabel bereits hinten gesteckt werden kann, mit den Kontakten des Kabels nach unten, achten Sie darauf, das Flachbandkabel nicht zu stark zu biegen, da es eher zerbrechlich ist.

Montage der oberen Platte:

Die 6 Abstandshalter sollten 19 mm lang sein, wenn nicht, sollte eine ordentliche Metallfeile die Arbeit erledigen, wenn dies geschehen ist, sollten sie mit dem frischen Ende ggf. an der Oberseite des Chassis verschraubt werden. Auf diesen kann nun die obere Platte verschraubt werden, wobei darauf zu achten ist, dass das Flachbandkabel vorsichtig darunter gefaltet wird.

Hinzufügen der Räder:

Auf den letzten Schritt, die Räder! Die beiden Räder mit kleineren Mittellöchern sollten auf 3 mm aufgebohrt werden, um die Motorwellen zu passen. Wenn Ihr 3D-Drucker jedoch auf ein hohes Niveau kalibriert ist, sollte dies nicht erforderlich sein. Die quadratischen Löcher in allen Rädern müssen leicht erweitert werden, damit ein Nylock darin platziert werden kann. Wenn dies getan wird, muss ein M3 x 12 mm und ein Nylock in jedes Rad passen und so weit angezogen werden, dass der Kopf der Schraube bündig ist die Kante des Rades. Die verbleibenden beiden Räder müssen auf die gleiche Weise wie die anderen verbreitert werden, jedoch stattdessen auf 5 mm, um die Achse zu passen. Sobald die Räder alle vorbereitet sind, würde ich empfehlen, eine Art Isolierband oder ein Gummiband zu verwenden, um ihnen eine Grifffläche hinzuzufügen. Wenn Band verwendet wird, reichen etwa 90 mm aus, um das Rad einmal zu umrunden. Die Hinterräder können nun montiert werden, am einfachsten geht dies, indem man die Motorwelle so dreht, dass die ebene Fläche nach oben zeigt, und das Rad mit der Schraube nach unten anschrauben, wobei 1-2 mm zwischen dem Rad und dem Motorgehäuse, um ein Verhaken zu vermeiden. Die Vorderachse kann nun durch die vorderen Blöcke gesteckt und die Räder befestigt werden.

Dieser Schritt sollte das Projekt abschließen, ich hoffe, dass dies informativ und leicht zu verfolgen war und vor allem Spaß macht! Wenn Sie Vorschläge, Fragen oder Verbesserungen haben, die ich machen kann, lassen Sie es mich bitte wissen, ich beantworte gerne alle Fragen und aktualisiere diese Anleitung bei Bedarf.