SOLARBOI - een 4G Solar Rover die de wereld gaat verkennen! - Ajarnpa

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

Al van jongs af aan ben ik dol op ontdekken. In de loop der jaren heb ik veel builds van op afstand bestuurbare auto's gezien die via wifi werden bestuurd, en ze zagen er leuk genoeg uit. Maar ik droomde ervan zoveel verder te gaan - de echte wereld in, ver buiten de grenzen van mijn huis, mijn straat of zelfs mijn voorstad. Ik verlangde ernaar een robot te bouwen die veel verder kon gaan. Om dit te doen, heb ik een robot uitgerust met een camera, een 4G-gegevensverbinding en een zonne-energiesysteem dat missies dagen, weken of zelfs maanden lang mogelijk maakt. Ik stream nu regelmatig live-missies op Twitch.tv, en SOLARBOI doet zijn steentje bij om verder het Australische platteland in te gaan dan welke robot dan ook ooit heeft gedaan! Het doel van SOLARBOI is om achtergelaten te worden in een Australisch plattelandsstadje en zich een weg te banen naar het platteland en verder naar andere bestemmingen. Het kan bij zijn missie geen externe hulp krijgen, anders wordt het als mislukt beschouwd. Het moet zijn weg vinden, kilometer na kilometer, dagen en weken, en alleen vertrouwen op de zon om op te laden en het 4G-netwerk voor communicatie terug naar de basis. Hoewel de basis van het project eenvoudig klinkt, is het ongelooflijk moeilijk om het voor elkaar te krijgen! Deze gids dient om de basis uit te leggen van hoe SOLARBOI werkt en om ideeën te presenteren over hoe je het beste een robotplatform kunt creëren dat wekenlang buiten kan overleven. Het is geen exacte stapsgewijze handleiding voor het maken van uw eigen; in plaats daarvan is het een startpunt dat u kunt gebruiken om uw eigen builds en ontwerpen te verkennen.

Stap 1: Stap 1: de hardware

Allereerst heb je een chassis nodig voor je robot. Terwijl velen experimenteren met 3D-geprinte rover-ontwerpen, heb ik ervoor gekozen om een dierbaar stuk speelgoed uit mijn kindertijd te gebruiken. De Radio Shack RAMINATOR zag er cool uit, met grote banden, vierwielaandrijving en een werkende ophanging uit de doos. Hoewel het is geoptimaliseerd voor snelheid boven koppel, besloot ik dat dit goed zou werken als basis voor mijn rover-project. Nadat ik de RC-hardware van speelgoedkwaliteit had verwijderd, verving ik de motor door een Hobbyking geborstelde ESC, terwijl ik de originele stuurinrichting verwijderde en deze verving door een sterke servo. Er werden lithium-polymeerbatterijen geïnstalleerd om SOLARBOI het vermogen te geven om uren achter elkaar te rijden.

Met de mechanica uit de weg, is commando en controle de volgende belangrijke overweging. Hiervoor heb ik gekozen voor een Raspberry Pi Zero. Hij is ontworpen om een kleine hoeveelheid energie te verbruiken, is compatibel met USB-randapparatuur en is perfect voor een project met internetverbinding. Als een bonus werkt het goed met de randapparatuur van de Raspberry Pi-camera, de sleutel om ons een beeld te geven van de omgeving van de robot als we in het veld zijn. Ik koos een fish-eye-cameralens voor SOLARBOI, waardoor we een mooi breed beeld hebben om door de wereld als geheel te navigeren. Voor een verbinding terug naar de thuisbasis vertrouwen we op een 4G-dongle, die ons de hoge bandbreedte geeft die we nodig hebben om opdrachten naar de robot te sturen en video terug te ontvangen.

Zonne-energie is de sleutel tot de missie van SOLARBOI, vandaar de naam. Om optimaal van de beschikbare zon te genieten, is er een 20W zonnepaneel gemonteerd, zelfs op dagen die meer bewolkt dan zonnig zijn. Het wordt gebruikt om de batterijen overdag op te laden, zodat SOLARBOI dan 's nachts kan rijden, weg van nieuwsgierige blikken en kwaadwillende indringers. Het is duidelijk dat we, zelfs met de low-power Pi Zero die de show runt, het niet allemaal kunnen laten draaien anders zouden we de batterijen te snel leegmaken. De Pi moet dus meestal worden uitgeschakeld, maar met regelmatige tussenpozen worden ingeschakeld om de positie van SOLARBOI te melden en ons in staat te stellen in te loggen en de robot te besturen wanneer we dat willen. Om dit te bereiken, voert een Arduino Pro Micro een speciaal programma uit dat SOLARBOI de eerste 5 minuten van elk uur aanzet. Als we vanuit Mission Control inloggen op de robot, blijft deze aan, zodat we de missie kunnen uitvoeren. Als het geen verbinding detecteert, schakelt het de Raspberry Pi weer uit om energie te besparen en optimaal gebruik te maken van de beschikbare zonne-energie. GPS wordt ook gebruikt om ervoor te zorgen dat Mission Control altijd op de hoogte is van de positie van SOLARBOI. Als u in het holst van de nacht op het platteland rijdt, kan het erg moeilijk zijn om alleen op visuele aanwijzingen te navigeren. Zo stelt de GPS ons in staat om de locatie van de robot vast te houden en onze doelen tot diep in regionaal Australië te bereiken.

Stap 2: Stap 2: de software

Het is natuurlijk allemaal goed en wel om een rover te hebben, maar er is software voor nodig om het te laten werken. De software van SOLARBOI is voortdurend in ontwikkeling, wat zorgt voor betere prestaties en een groter gebruiksgemak in de loop van de tijd.

De rover gebruikt Raspbian, het standaard besturingssysteem van de Raspberry Pi Zero. Mission Control draait op Windows. Dit veroorzaakt enkele problemen met verschillende Linux-hulpprogramma's die speciaal bij Mission Control moeten worden geïnstalleerd. Uiteindelijk heeft deze setup ons echter in staat gesteld om vele succesvolle kilometers met SOLARBOI te rijden en doet het werk goed. Video wordt via Gstreamer van de robot terug naar Mission Control gestreamd. Het is moeilijk te gebruiken en niet goed gedocumenteerd voor de beginner. Het stelt ons echter in staat om een audio- en videostream met een lage latentie van de robot te hebben die zo goed als goed genoeg is om zonder al te veel problemen te rijden. Uitval komt voor en er is enige vertraging, maar als je 's werelds eerste robots bouwt om het platteland te verkennen, maak je het beste van wat je hebt! Streaming gebeurt in native H264 van de Raspberry Pi-camera, om te voorkomen dat de Pi Zero te zwaar wordt belast door on-the-fly te transcoderen. De besturing van de robot gebeurt via aangepaste Python-code, met een server/client-architectuur. Met behulp van bibliotheken zoals PiGPIO en Servoblaster zijn we gemakkelijk in staat om het aandrijfsysteem van de robot en andere functies in realtime te besturen. Installatie is een makkie, dankzij het goed ontwikkelde Raspberry Pi-ecosysteem.

We gebruiken verschillende bibliotheken in Python om telemetrie op het scherm weer te geven. Het belangrijkste is MatPlotLib, dat onze batterijgrafieken in Mission Control plot, waarmee we de prestaties van SOLARBOI tijdens een live missie kunnen volgen.

Stap 3: Stap 3: de dingen die je alleen in het veld leert

Geen enkel plan overleeft het eerste contact met de vijand, zoals ze zeggen. Op precies die manier heeft SOLARBOI vele proeven ondergaan in zijn pogingen om naar een ouderwetse telefooncel diep in het landelijke New South Wales te navigeren. Dit zijn lessen die vaak alleen in het veld kunnen worden geleerd en die we op de harde manier hebben geleerd. Stealth is van het grootste belang. Als de robot zich onderscheidt van zijn omgeving, is hij overdag gemakkelijk te vinden door voorbijgangers tijdens het opladen. Vanwege de kleine omvang en het gewicht van het platform kan SOLARBOI gemakkelijk worden gestolen of vernietigd, waardoor zijn missie mislukt. Dit is een risico dat we nemen elke keer dat we ons in het wild inzetten. Om dit te verminderen, is SOLARBOI geverfd in een groene, saaie afwerking in een poging om op te gaan in. Het vinden van een veilige ruimte om op te laden met veel zonlicht maar minimaal zicht is een voortdurende uitdaging. Ondanks de stevige offroad-referenties van SOLARBOI, is het niet in staat om elk obstakel te overwinnen op zijn pad. We hebben in het verleden problemen gehad met vast komen te zitten op rotsen of tegen kleine bomen te botsen. Meestal is dit te wijten aan een camera met een slecht gezichtsveld, weinig licht 's nachts en extreme vermoeidheid van de kant van de operator. Onze upgrades naar betere koplampen en fisheye-lenzen zijn bedoeld om dit probleem in de toekomst te voorkomen. Langzame en gestage vooruitgang, in plaats van regelrechte snelheid, is ook een goede mantra om naar te leven om te voorkomen dat je tegen objecten aanbotst wanneer je rijdt met een videovertraging van 500 ms. Gewoon inzetten in het land brengt zijn eigen problemen met zich mee. Dat betekent dat de hardware van SOLARBOI in topconditie moet zijn, anders is een reis van vele uren naar het inzetgebied niet tevergeefs. Dit heeft ons veel benzine en tijd gekost tijdens missies in het verleden, en dat willen we in de toekomst vermijden door rigoureuze tests uit te voeren. Toch is het iets om rekening mee te houden bij het inzetten van een robot ver weg. Tot slot zijn goede faciliteiten bij Mission Control een must. Caffiene moet bij de hand zijn om de bemanning scherp en alert te houden, evenals water om een goede hydratatie te behouden. Duidelijke en up-to-date telemetrie is ook nuttig om snel problemen te diagnosticeren, en een videofeed met lage latentie zonder uitval is het beste voor soepel rijden in de Australische wildernis. Hierdoor kan de bestuurder ook het maximale uit de snelheid van SOLARBOI halen, waar nodig, om passerende auto's, dieren in het wild of Shackleton the Cat, die we in missie 1 hebben ontmoet, te ontwijken. Over het algemeen heeft SOLARBOI veel verder te gaan in toekomstige missies, en idealiter zal het vele maanden in het veld doorbrengen om heinde en verre te verkennen. Volg de reis van SOLARBOI op Twitch.tv en Youtube en geniet van de onderstaande missies! Zoals altijd zullen er meer avonturen komen naarmate SOLARBOI zich ontwikkelt en steeds verder van huis reist!