Sparky - DIY webbasierter Telepräsenzroboter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:22

Der Name Sparky basiert auf einem Akronym für Self Portrait Artifact Roving Chassis I, ein unbeholfener Titel für ein Anfang der 90er Jahre begonnenes Kunstprojekt. Seitdem hat sich Sparky von einem überdimensionalen RC-Spielzeug mit ein paar Babyphone-Videokameras zu einem vollständig webfähigen autonomen Telepräsenz-Roboter entwickelt. Im Laufe der Jahre gab es viele verschiedene Versionen, die eine breite Palette von Technologien und Lösungen verwenden, aber immer mit dem gleichen Ziel, eine Plattform für Live-Video-Telepräsenz und autonomes Roving aus der Ferne bereitzustellen. Die meiste Ausrüstung, die für dieses Projekt benötigt wird, ist von der Stange erhältlich und vieles von dem, was ich verwendet habe, war bereits in meinem Shop aus früheren Projekten parts. Sparky verwendet Skype als Grundlage für den Video-Chat sowie einige benutzerdefinierte Software (und Quellcode), die wir für grundlegende Servosteuerungen mit Radantrieb bereitstellen. Sie können diesen Code anpassen, um Ihrem Roboter Funktionen hinzuzufügen - einschließlich weiterer Servos, Greifarme und Sensoren. Sie sind nur durch Ihre Vorstellungskraft und Ihren Einfallsreichtum begrenzt. Denken Sie daran, dass jeder Roboter anders sein wird, daher ist diese Anleitung keinesfalls eine vollständige Anleitung. Betrachten Sie es als Ausgangspunkt, als Grundlage, auf der Sie Ihre eigene einzigartige Sparky-Kreation entwerfen und bauen.

Schritt 1: Teile - Chassis und Antriebsstrang

Chassis und Drive Train: Vex ist ein beliebtes Lern-Roboter-Kit. Es ist einem traditionellen Erector-Set sehr ähnlich, mit der zusätzlichen Einbeziehung von hochentwickelten Servomotoren, Rädern und Zahnrädern (VEX enthält auch eine eigene Programmiersprache und eine eigene Computerplatine für die Herstellung kompletter Roboter, aber wir verwenden diese nicht für Sparky).

Schritt 2: Teile - Leistung

Leistung: Eine kompakte 12V, 7Ah Hobbybatterie. In Verbindung mit einem gewöhnlichen DC-AC-Wechselrichter liefert er genug Saft, um den Roboter mit einer einzigen Ladung einige Stunden lang zu betreiben.

Schritt 3: Teile - Gehirn

Gehirn: Ein Mac Mini der ersten Generation ist billig und bietet große Leistung und Funktionalität in einem winzigen Paket, einschließlich WLAN, Bluetooth und genügend Anschlüsse, um alles anzuschließen (USB, Ethernet, FireWire, Audio).

Schritt 4: Teile - Nervensystem

Nervensystem: Um die Lücke zwischen Computer und Servomotoren zu schließen, verwendet Sparky ein MAKE-Controller-Board.

Schritt 5: Software

Software: Sparky verwendet Skype, die beliebte kostenlose VoIP- und Video-Chat-Software, als Grundlage für das aktuelle Telepresence-Setup, aber wir haben seine Chat-Funktionalität mit kundenspezifischer Software erweitert, die eine Servomotorsteuerung hinzufügt. Diese Dateien können geändert werden, sodass Sie zusätzliche Funktionen wie Sensoren, Greifarme und mehr hinzufügen können.

Schritt 6: Andere Komponenten

Andere Komponenten: LCD-Monitor, Maus, Tastatur Webcam-Kabel - USB, Firewire, Ethernet, Strom, Video, Audio Einstellbares Netzteil zur Erhöhung der Servostärke Lenkrollen

Schritt 7: Werkzeuge

Werkzeuge: Inbusschlüssel für Vex Screwdriver Snips Verschiedene Kabelbinder

Schritt 8: FAHRGESTELL & ANTRIEBSZUG -1

Frühere Versionen von Sparkys Chassis basierten auf verschiedenen Materialien, darunter geschweißter Stahl, Legos und mehr. Die aktuelle Version von Sparky nutzt das VEX Robotic Design System, indem es die Erector Set-ähnlichen Stahlträger, Platten und Muttern/Schrauben sowie die mitgelieferten Zahnräder, Räder und Achsen verwendet. Dieses Kit spart viel Zeit, während Sie die genauen Abmessungen Ihres Bots herausfinden. Ein paar generische Lenkrollen sorgen für Agilität in engen Kurven. Sie können mit ähnlichen Materialien im Spielzeugmaßstab bauen oder einen stabileren Rahmen aus geschweißtem Stahl herstellen, genau wie beim Original-Sparky.

Schritt 9: FAHRGESTELL & ANTRIEBSZUG - 2

Das VEX-Kit enthält viele tolle Teile, darunter Standard-Servos mit einem begrenzten Bewegungsbereich von 180 *, aber auch zwei Vollrotationsmotor-Servos, die sich wie Gleichstrommotoren vollständig drehen. Diese sind praktisch, weil sie die Anforderungen zur Erzeugung einer Radbewegung mit voller Rotation vereinfachen. (Der ursprüngliche Sparky-Roboter hatte 2 Servos mit begrenzter Reichweite, aber diese trieben die Roboterräder nicht direkt an. Stattdessen bewegten sie physisch Potentiometer, die mit dem ursprünglichen Rollstuhl verbunden waren, eine scheinbar komplexe Rube-Goldberg-ähnliche Lösung, die seit Jahren überraschend gut funktionierte macht aber die meisten Ingenieure immer noch nervös!).

Schritt 10: FAHRGESTELL & ANTRIEBSZUG - 3

Die VEX-Servos sind nicht sehr leistungsstark, können aber durch die Verwendung der beiliegenden Zahnräder immer noch genügend Drehmoment an die Räder liefern, obwohl die Geschwindigkeit geopfert wird. Es funktioniert gut genug auf harten Oberflächen, aber auf Teppich oder sogar über kleine Unebenheiten kämpft es. Der nächste Schritt könnte darin bestehen, einige stärkere Vollrotationsservos hinzuzufügen oder sogar den Sprung zu DC-Motoren zu wagen, obwohl dies ebenfalls eine zusätzliche Programmierung erfordern würde.

Schritt 11: FAHRGESTELL & ANTRIEBSZUG - 4

Es wurde viel Zeit damit verbracht, das VEX-Chassis zu überarbeiten, um es so leicht wie möglich zu halten und noch alle Teile zu passen. Besonders herausfordernd war die Wahl des Monitors. Ursprünglich habe ich einen leichten 7-LCD-Bildschirm verwendet, der jedoch eine so niedrige Auflösung hatte, dass er nicht gut zu sehen war. Letztendlich hat ein altes 17-LCD den Zweck erfüllt, wenn auch mit erheblichem Mehrgewicht. Ein weiteres Bauproblem ist die Gewichtsverteilung. Batterie, Wechselrichter und Netzteile müssen so platziert werden, dass ihr Gewicht mittig zwischen den Rädern liegt und beide nicht zu stark belastet werden. All diese Probleme ergeben zusammen ein herausforderndes Puzzle aus dicht gepackten Komponenten und Kabeln mit Kabelbindern.

Schritt 12: COMPUTER & PERIPHERIE

Ein Grund, warum der aktuelle Sparky so klein ist, liegt an der inspirierenden Größe des Mac Mini. Es war eine bemerkenswerte Erkenntnis, dass die für dieses Projekt benötigte Rechenleistung immer kleiner wurde. Frühere Bemühungen umfassten einen G4-Desktop in voller Größe, einen Luxo Lamp iMac und sogar den selten gesichteten Mac Cube. Ich habe sogar angefangen, mich mit der Idee eines iPhone Sparky zu beschäftigen, aber das hat seine eigenen Probleme und das Anschließen der Computerhardware ist unkompliziert. Betrachtet man die Rückseite des Mac von L nach R, gibt es ein Stromkabel, Ethernet (zum MAKE Controller), Firewire (iSight), Monitorkabel, USB (MAKE Controller), ein weiteres USB (Tastatur & Maus). Alle überschüssigen Kabel, Strombausteine usw. sind mit einem Reißverschluss verbunden und im Gehäuse verkeilt. Es gibt drei Wechselstromkabel für den Mac, den LCD-Monitor und das MAKE-Board, die alle in einen 3-Wege-Splitter eingesteckt werden, der an den DC-zu-AC-Wechselrichter angeschlossen ist und sich eng an die 12-V-Batterie anschließt. Das Ethernet- und USB-Kabel wird an den MAKE-Controller angeschlossen, eines für Daten, das andere für die Stromversorgung. Zu diesem Zeitpunkt ist es ein funktionierender WiFi-fähiger Computer, der mit Batterie betrieben wird, mit dem MAKE-Board verbunden ist und auf Rädern sitzt (aber noch nicht fahrbar).). Jetzt ist ein guter Zeitpunkt, um Dinge zu testen. Starten Sie es und beheben Sie alle Probleme mit Audio, Video, WLAN usw. Laden Sie es herunter und verwenden Sie Skype, um Videoanrufe zu tätigen. Stellen Sie sicher, dass Sie alle diese potenziellen Belästigungen beseitigen, bevor Sie mit der nächsten Phase fortfahren.

Schritt 13: CONTROLLER ERSTELLEN

Um eine physische Verbindung zwischen dem Mac und den Servomotoren herzustellen, wird ein Controller-Board benötigt. Das Board empfängt Befehle vom Computer und wandelt sie in elektrische Impulse um, die die Motoren drehen. Es kann auch Signale von Sensoren (Infrarot, Berührung, Licht) aufnehmen und diese Daten an den Computer zurücksenden. Es stehen viele verschiedene Controller zur Verfügung. Eines der beliebtesten ist wahrscheinlich Arduino, ein kostengünstiges Open-Source-Controller-Board, das viele Leute bevorzugen. Ich habe vor ein paar Jahren ein MAKE-Board erhalten, als es gerade noch das Prototypenstadium verlassen hatte. Neuere Versionen des Boards sind ähnlich, aber wahrscheinlich etwas einfacher einzurichten. Ich empfehle dringend, die MakingThings-Site für aktuelle Firmware- und andere Updates für das Board zu besuchen. Eine schöne Sache am MAKE-Controller sind all die Annehmlichkeiten, die direkt in ihn integriert sind, wie eine große Anzahl von analogen und digitalen Ports für Ein- und Ausgänge. Das Beste für Sparky sind die 4 Plug-and-Play-Servosteckplätze. Die VEX-Servos werden direkt in die Steckplätze 0 und 1 gesteckt, was viel Zeit und Mühe spart, um die Verbindungen von Grund auf neu zu erstellen. Das MAKE-Board verfügt auch über einen praktischen Umschalter für Servostrom, der direkt mit 5 V vom MAKE-Board kommen kann, oder es kann ein externes Netzteil angeschlossen werden, um den Saft auf 9 V zu erhöhen. Die VEX-Motoren von Sparky werden mit mehr Gewicht belastet, als sie angegeben sind, sodass die zusätzliche Leistung die Räder durchdreht (die Motoren scheinen eine interne Abschaltschaltung zu haben, die verhindert, dass sie durchbrennen, wenn zu viel Leistung zugeführt wird). Wenn Sie Arduino oder eine andere Controller-Platine verwenden, suchen Sie online nach den Informationen, die zum Antrieb von Servos erforderlich sind. Es sollte ziemlich einfach zu finden sein.

Schritt 14: SOFTWARE

Sparky verwendet tatsächlich zwei Computer - den integrierten Mac Mini und einen anderen Computer, der webfähig und bereit für Video-Chats ist. Stellen Sie sich diesen zweiten Computer als die Kontrollkabine von Sparky vor. Ich verwende ein altes Powerbook und eine iSight-Kamera. Beide Computer benötigen Skype. Das Sparky-Projekt verwendet es für Video-Chats, nutzt aber auch seine Text-Chat-Funktion, um Motorsteuerbefehle über die Skype-Verbindung zu hupen. Wenn sich Skype also verbindet, ist der Roboter ohne zusätzliche Verbindung zwischen ihnen fahrbar für Skype erfordert Sparky eine benutzerdefinierte Plug-in-Software. Das Control Booth-Plug-In wird mit WASD-Steuerungen im Videospielstil geliefert, die der Tastatur zugeordnet sind. Tastatureingaben von der Kabine werden als Textnachrichten innerhalb von Skype an Sparkys Onboard Mac Mini gesendet, wo eine weitere Kopie des Plug-Ins die Textnachrichten empfängt und sie in Bewegungsbefehle übersetzt, die an den MAKE-Controller gesendet werden, der die Servos mit Strom versorgt. Hier ist die benutzerdefinierte SoftwareHier sind die Softwareanweisungen

Schritt 15: SPARKY SEIN

Sparky zu fahren ist ein einzigartiges Erlebnis, eine Mischung aus Mars-Rover-Sim und Live-Social-Networking, gespickt mit häufigen technischen Feuerübungen. Es lässt die Menschen sowohl über ihre Ängste als auch über ihre Anziehungskraft auf die Idee eines Mensch-Maschine-Hybrids nachdenken. Aber es ist erstaunlich, wie schnell die Leute vergessen, dass sie mit einem halben Maschinen-Cyborg sprechen, und innerhalb weniger Austausche kann Sparky eine echte, menschliche Verbindung zwischen den Teilnehmern herstellen Galerie-Tourguide, Jazz-Sänger und Bandleader, Party-Host und virtueller Burning-Man-Teilnehmer. Aber das Potenzial für Sparky ist weitaus größer als diese Beispiele. Was können Sie Sparky tun lassen? Wo würdest du es hinbringen? Wie wirken sich Telepräsenzroboter Ihrer Meinung nach auf Ihre Interaktion mit der Welt aus?