Snap Circuits Telepresence Robot - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Vakanties in 2020 zijn een beetje anders. Mijn familie is verspreid over het hele land en vanwege de pandemie kunnen we niet samenkomen voor vakanties. Ik wilde een manier om grootouders het gevoel te geven dat ze bij ons Thanksgiving-feest waren betrokken. Een telepresence-robot zoals de Double 3 zou perfect zijn, behalve dat hij $ 4.000 kost. Ik vroeg me af of ik iets soortgelijks zou kunnen bouwen voor veel minder geld.

De Snap Circuits® RC Snap Rover® is een op afstand bestuurbare rover met elektronica die is ontworpen voor verandering en experimenten. Het is ongeveer de juiste maat om de basis van een telepresence-robot te zijn, en ik dacht dat ik het waarschijnlijk kon aansluiten om vanaf het web te worden bestuurd.

Als ik een tablet op de rover zou kunnen monteren, zou ik een telepresence-robot hebben waarmee grootouders kunnen deelnemen aan ons feest! Ze zouden in staat zijn om alleen door het huis te bewegen en met verschillende mensen om te gaan, in plaats van op één plek vast te zitten. De nieuwigheid houdt hen - en mijn kinderen - misschien ook meer geïnteresseerd dan een normaal videogesprek.

Ik kreeg de robot de nacht voor Thanksgiving aan het werk, en het was een enorme hit!

Met kant-en-klare elektronica en een beetje licht timmerwerk kun je ook een telepresence-robot bouwen. Solderen is niet nodig!

Benodigdheden:

Hardware

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Let op: de 'Deluxe' Snap Rover gebruikt niet dezelfde onderdelen en werkt niet met deze handleiding. Als je de Deluxe Snap Rover hebt, moet je een aparte Motor Control IC aanschaffen

• Snap-to-Pin-connectoren
• Raspberry Pi Zero W of ander apparaat met programmeerbare GPIO's die NodeJS. kunnen uitvoeren
• Koffer voor de Raspberry Pi (optioneel)
• GPIO Hammer Headers (vrouwelijk)
• MicroSD-kaart (4 GB of groter)
• USB-batterij en micro-USB-kabel om de Pi. van stroom te voorzien
• iPad of een andere tablet/telefoon

• Diversen hout:

  • 1 "x 48" houten deuvel, op de gewenste hoogte gesneden
  • 2x4, ca. 10" lang
  • 2 stuks van 1/4 "x 1" x 8" lijstwerk
  • 2 stuks 1x1 of soortgelijk schroot, ca. 3" lang
• Kleine kartonnen doos om als iPad-houder te dienen
• Nylon singelband, ca. 6'

Software

• Op de rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (getest met de onofficiële 14.15.1 armv6 gebouwd op een Pi Zero W)
  • pi-rover software voor afstandsbediening

• Op de tablet:

  FaceTime, Zoom of andere videoconferentiesoftware

• Op uw pc:

  Een ssh-client (ingebouwd in Mac + Linux; gebruik zoiets als PuTTY voor Windows)

Gereedschap

• Boor met 1" spade bit
• Heet lijmpistool
• Hamer
• Zaag
• Meetlint / liniaal

Voor de gebruiker (grootouders, etc)

Opa, of degene die de rover bestuurt, heeft het volgende nodig:

Een pc met videoconferentiesoftware (FaceTime, Zoom, enz.) en een webbrowser

OF

Een tablet/telefoon met split-screen mogelijkheid en videoconferentiesoftware

OF

• 2 apparaten:

  • Een telefoon, tablet of ander apparaat met videoconferentiesoftware, en
  • Een tweede apparaat met webbrowser dat kan worden gebruikt om de browser te bedienen terwijl het eerste apparaat wordt gebruikt voor video

Stap 1: Hardwareselectie

Om de rover vanaf internet te besturen, had ik een kleine computer nodig die zowel de rover kon besturen als dienst kon doen als webserver, zodat een grootouder toegang had tot de rover. De Raspberry Pi Zero W past perfect. Het is klein, heeft wifi en heeft voldoende CPU-kracht om een kleine webserver te draaien. Bovendien kost het slechts $ 10, wat minder duur is dan vrijwel alle andere hobbyistenopties. Ik heb mijn Pi + accessoires gekregen van de uitstekende mensen bij Adafruit.

Stap 2: De Pi voorbereiden: headers

De Snap Circuits-lijn van educatief speelgoed is als LEGO®-stenen voor elektronica. Ze laten je circuits bedraden zonder solderen, en ze zijn relatief kindveilig. Elektronicaborden voor hobbyisten (zoals de Raspberry Pi) bieden een aantal manieren om dingen aan te sluiten, maar geen van hen is compatibel met Snap Circuits.

Om dit te omzeilen, installeren we een header in de Pi, en gebruiken dan speciale "Snap to Pin" jumperdraden om de Pi met de rover te verbinden zonder solderen.

Installeer de vrouwelijke hamerkoppen in de Pi met behulp van de installatie-instructies (met het label "voor pHAT's"). Het is belangrijk om de vrouwelijke headers te gebruiken; deze stellen ons in staat om de jumperdraden in te pluggen.

Stap 3: De Pi voorbereiden: software

De Raspberry Pi laadt zijn software van een MicroSD-kaart. We installeren een besturingssysteem, starten vervolgens de Pi op en installeren een paar andere tools plus de besturingssoftware voor de rover.

1. Gebruik de Raspberry Pi Imager-software op uw pc om Raspberry Pi OS Lite (32-bit) te downloaden en te installeren op de SD-kaart.
2. Gebruik deze tutorial om de Pi in 'headless'-modus in te stellen, zonder een toetsenbord of scherm te gebruiken. Hierdoor krijgt de Pi op wifi wanneer deze voor het eerst opstart.
3. Schakel het Secure Shell (ssh)-protocol op de Pi in met behulp van stappen 3+4 van deze tutorial over SSH. U kunt het gedeelte over het instellen van "X Forwarding" negeren. Hiermee kunt u inloggen op de Pi zodra deze online is.
4. Verplaats de SD-kaart naar de Pi en start de pi op. Ik heb een USB-batterij gebruikt om stroom te leveren, maar voor deze stap kun je ook een voedingsadapter of micro-USB-kabel gebruiken om hem van stroom te voorzien vanaf je pc.
5. Zoek het IP-adres van de Pi. Je moet verbinding maken met de Pi en later om de rover te besturen.

6. Log in op de Pi vanaf uw pc. Het gedeelte "Uw client instellen" van de SSH-zelfstudie bevat gedetailleerde instructies. Je zou nu moeten zijn ingelogd op de Pi:

   ssh pi@

7. De software voor afstandsbediening gebruikt een tool genaamd NodeJS. Om NodeJS op de Pi te installeren, voert u de volgende opdrachten uit via SSH:

   wget

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

8. Je zou nu NodeJS op de Pi moeten hebben geïnstalleerd. Om het te testen, voer

   knoop -v Na een paar seconden zou het de versie van NodeJS moeten uitvoeren, zoals:

   v14.15.1

9. Vervolgens installeren we de rover-besturingssoftware, genaamd pi-rover. Dit duurt enkele minuten:

   sudo apt-get install git

   git clone https://github.com/smagoun/pi-rover.git cd pi-rover npm installeren

10. Voer de serversoftware uit op de Pi:

    knooppunt index.js

    Als alles goed gaat, zou je toegang moeten kunnen krijgen tot de Pi via een webbrowser op je pc door naar poort 8080 op het IP-adres van de Pi te gaan. Als het IP-adres van je Pi bijvoorbeeld 192.168.1.123 is, ga dan naar

11. Sluit de serversoftware af met Ctrl-C.

12. Om de server te laten draaien wanneer de Pi opstart, installeert u het systeemservicebestand:

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

    sudo systemctl activeer pi-rover.service

13. Zodra de software is getest en werkt, sluit u deze af zodat we de Pi in de rover kunnen installeren:

    sudo afsluiten -h nu

Opmerking: als u toegang wilt geven aan andere mensen buiten uw thuisnetwerk (zoals opa, die deze Thanksgiving in zijn eigen huis is), moet u uw router configureren om verkeer van uw openbare IP-adres naar de Pi. Gebruik hiervoor een port forwarding-gids voor ondersteuning.

Stap 4: Bedraad de Rover

De Snap Rover wordt geleverd met instructies voor het aansluiten van de afstandsbediening die bij de rover-set wordt geleverd. We zullen deze aanpassen om de radio-ontvangercomponent te vervangen door de Pi.

De handleiding van de rover bevat een aantal circuits. Begin met # 1 (de "Night Rover") en verwijder alles links van kolom 6. Dit laat het motorbesturings-IC op zijn plaats, de (4) 1kΩ-weerstanden op de ingangen naar het motorbesturings-IC, de schuifschakelaar, en de draden die naar de rover gaan.

Stap 5: Verbind de Pi met de Rover

Als je een case voor de Pi hebt, maar deze nog niet hebt geïnstalleerd, doe dat dan nu.

De 40-pins connector op de Pi biedt veel functionaliteit. We zullen verschillende van de algemene I/O-pinnen (GPIO) gebruiken om de Pi met de rover te verbinden. Het is belangrijk om dit precies aan te sluiten zoals hier getoond; Als u deze verkeerd bedraden, riskeert u de Pi of de rover te beschadigen.

1. Pinnen op de Pi zijn genummerd van 1-40. Het is de moeite waard om de pin-out te bekijken om te begrijpen hoe ze zijn ingedeeld.

2. Gebruik de Snap-to-Pin-connectoren om de volgende 4 GPIO's aan te sluiten op de weerstanden op de ingangen van het motorbesturings-IC:

   1. Pin 11 (GPIO 17) naar de weerstand op LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) naar de weerstand op LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) naar de weerstand op RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) naar de weerstand op RB
   5. Gebruik nog een Snap-to-Pin-connector om een aardingspin (Pin 14) van de Pi naar de grond (-) op de rover te verbinden. Hoewel we 2 afzonderlijke voedingen hebben (de rover gebruikt 9V en de Pi gebruikt 5V van de USB-batterij), zijn de twee kanten elektrisch verbonden en hebben we een gemeenschappelijke aarde nodig om het circuit te laten werken.

Stap 6: Bouw de tablethouder

Het monteren van de tablet vereist een evenwicht tussen verschillende concurrerende behoeften:

• De tablet moet hoog genoeg in de lucht zijn zodat hij kan communiceren met staande kinderen en volwassenen.
• De rover moet stabiel genoeg zijn om te voorkomen dat hij kantelt tijdens het rijden.
• De tablet moet zo dicht mogelijk bij het midden van de rover worden gemonteerd om stabiliteit en een soepele ervaring tijdens het rijden te bieden.
• Het bovenste deel van de rover is niet ontworpen om iets anders dan Snap Circuits aan te bevestigen, en er is geen geweldige manier om er een belasting op te plaatsen zonder schade aan de componenten te riskeren.

Deel 1: Bruggen bouwen

De bovenkant van de rover is een plastic rooster met hobbels die zijn ontworpen om de elektronische componenten vast te zetten. Een last direct op het net plaatsen zou niet stabiel zijn en zou het net kunnen beschadigen. Ik heb ervoor gekozen om een soort brug over de basis te bouwen met steunen die tussen de hobbels op het rooster zitten en een plug die aan de bovenkant van de brug is gemonteerd. Ik heb een nylon riem gebruikt om de brug + deuvel aan de rover-body te bevestigen.

1. Snijd een 2x4 tot ongeveer 10 "lang; deze moet langer zijn dan de rover breed is, zodat we hem veilig aan de rover kunnen vastmaken.
2. Snijd een paar 8 "stukjes van de 1/4" vormstrips. Deze helpen de tablethouder te stabiliseren en te voorkomen dat deze naar voren en naar achteren schommelt.
3. Lijm de lijststrips op de 2x4. De strips moeten zo worden geplaatst dat ze in de groeven van het rooster passen, tussen de hobbels (ongeveer 5 "uit elkaar). De strips moeten zo worden gemonteerd dat de onderkant van de 2x4 boven de elektronica zit.
4. Knip een paar stukjes van 3 "van de 1x1 en lijm ze op de hoeken waar de vormstrips de 2x4 ontmoeten. Het doel hier is om te voorkomen dat de vormstrips onder zijdruk van de 2x4 loskomen.
5. Gebruik de 1 "schoppenbit om een gat te boren voor de plug in de bovenkant van de 2x4. Het gat hoeft niet helemaal door de 2x4 te gaan; laat ongeveer 1/8" hout intact aan de onderkant van het gat om de deuvel te ondersteunen. Het gat moet worden verschoven naar een rand van de 2x4, om ruimte te laten voor de nylon riem aan de andere kant. Lijm de plug in het gat en zorg ervoor dat deze verticaal staat.

Opmerking: een kleinere plug zou kunnen werken. Ik koos voor een diameter van 1 om ervoor te zorgen dat het stijf genoeg was om trillingen te dempen. Je wilt opa niet wagenziek maken tijdens het rijden!

Deel 2: Tablethouder

Ik had een lichtgewicht maar stevige manier nodig om de tablet aan de bovenkant van de plug te bevestigen. De tablet zelf moet zo dicht mogelijk bij de plug worden gehouden, zodat het gewicht niet als een hefboom fungeert die de rover probeert om te kantelen. Na even overwogen te hebben om een doos te bouwen uit een lichtgewicht hout zoals lindehout, koos ik voor de eenvoudige aanpak om een kartonnen doos van de juiste grootte te versnijden. Ik vond een doos van ongeveer 10 "x 12" x 1". Snijd een uiteinde af zodat de tablet erin kan schuiven en snijd een rechthoekige opening aan één kant zodat het tabletscherm zichtbaar is. Gebruik hete lijm om de tablethouder vast te zetten naar de top van de deuvel.

Stap 7: vastbinden

We moeten de tablethouder aan de rover bevestigen. De rover is hier niet voor ontworpen en er zijn geen handige montagemogelijkheden. Ik heb ervoor gekozen om de houder vast te zetten met een lange nylon riem die om beide assen (geen assen!) van de rover is gewikkeld. Dit voorkomt dat de houder naar voren, achteren of naar beide kanten kantelt. Zorg ervoor dat de riem geen druk uitoefent op een van de elektrische componenten en zorg ervoor dat deze goed vastzit en vastzit, zodat deze niet los kan raken.

Stap 8: Begin met zwerven

Zodra de tablethouder aan de rover is bevestigd, zet u de Raspberry Pi en de rover aan. Zodra de Pi online is, logt u in op de webinterface (bijv. https://192.168.1.123) en 'Verzoek controle'. Je zou nu rond moeten kunnen rijden! Slechts één persoon tegelijk kan de rover besturen, dus zorg ervoor dat u de controle over de rover opgeeft voordat iemand anders het probeert.

Instructies voor grootouders

Zodra de rover online is, bel je opa (of oma!) op FaceTime. Zodra ze opnemen, laat u ze een webbrowser openen en naar uw openbare IP-adres gaan. Afhankelijk van de telefoon/tablet/computer die ze gebruiken, moeten ze mogelijk in de modus 'gesplitst scherm' gaan of een tweede apparaat gebruiken.

Zodra ze de webpagina hebben geladen, zouden ze de bedieningsinterface van de rover moeten zien. Laat ze om controle vragen. Nu kunnen ze communiceren met de rest van het gezin alsof ze erbij zijn!

Stap 9: Toekomstige verbeteringen

Dit ontwerp is niet perfect. Enkele mogelijke verbeteringen:

• Stabilisatoren voor de rover zodat hij niet zo vroeg omvalt als hij wordt gestoten door een kind, huisdier, enz.
• Een manier om te voorkomen dat de rover tegen dingen aanbotst (de bestuurder kan niet naar beneden kijken!)
• Meer finesse in de besturing van de pi-rover software. Op dit moment zijn ze hard gecodeerd naar iets dat goed genoeg voor ons werkte.
• Sluit de videoconferentietool in de webpagina in, zodat oma geen 2 apparaten nodig heeft om de rover te gebruiken