Pocket Spy-Robot: 5 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Vervelen tijdens de lockdown? Wil je het donkere rijk onder de bank in de woonkamer verkennen? Dan is de spionrobot in zakformaat iets voor jou! Met een hoogte van slechts 25 mm kan deze kleine robot zich wagen op plaatsen die veel te klein zijn voor mensen om te gaan, en geeft hij alles terug wat hij ziet via een handige telefoon-app!

Vereisten:

Mid-level ervaring in elektronica

Basiskennis van python en de frambozenpi

Een grote hoeveelheid tijd

Benodigdheden

Onderdelen:

• Raspberry pi Zero W (Niet WH omdat we de meegeleverde headers niet zullen gebruiken)
• Raspberry pi-camera
• SD-kaart voor de Pi (8 GB of meer is het beste)
• 2x 18650-batterijen en houder (Omdat een oplaadcircuit niet in een oplader is ingebouwd, heeft dit ook de neiging om te helpen!)
• 2x 300RPM 6V micromotorreductoren
• L293D motorcontroller
• LM7805 Spanningsregelaar
• 22μF condensator
• 10μF condensator
• 2,54 mm SIL-headerpennen en -aansluitingen (2 x 8-lange secties van elk)
• 2,54 mm 90 graden schuine koppennen
• 10x M3 x 8mm Verzonken bouten
• 4x M3 x 12mm Verzonken bouten
• 14x M3 nylock moeren
• Dupont-connectorkit (kan zonder, maar maakt het leven veel gemakkelijker)
• 5 mm x 80 mm aluminium of stalen staaf
• Diverse draden
• soldeer bord

Gereedschap:

• Soldeerbout en soldeer
• Set bestanden
• Diverse schroevendraaiers
• Ambachtelijk mes van een soort
• Superlijm
• Draadsnijders
• Draadstrippers
• Elektrische boor- en bitset (3 mm en 5 mm worden gebruikt om de gaten in de afdruk op te ruimen)
• 3D-printer (hoewel men de onderdelen kan laten afdrukken en naar u laten verzenden door een van de vele van dergelijke diensten)
• Mini ijzerzaag
• Multimeter
• Elektrische tape

Stap 1: Het chassis bouwen

Ik realiseerde me al vrij vroeg dat, hoewel gaffertape ongelooflijk is, het waarschijnlijk niet zou moeten worden gebruikt om een stevig chassis te maken, dus 3D-printen was de volgende voor de hand liggende keuze (op een gegeven moment ga ik deze eraf halen, zodra Ik zal het uploaden.) De onderdelen zijn ontworpen om aan elkaar te worden gelijmd met de in elkaar grijpende delen die op de bovenstaande foto's te zien zijn, omdat ik een Elegoo Mars-printer gebruik, die prachtige afdrukken produceert, maar helaas een vrij kleine bouwplaat heeft. Dit is waar de bestanden en superlijm binnenkomen, de hierboven gelabelde randen moeten worden gevijld totdat ze precies in de sleuven van het volgende stuk passen. Ik ontdekte dat, aangezien 3D-printers niet perfect zijn, dit de beste manier is om een perfecte pasvorm. Dus als het vijlen klaar is, lijm je de onderdelen aan elkaar! (Alleen niet je vingers, zoals ik een keer te vaak heb geleerd) Wanneer je de onderdelen aan elkaar lijmt, raad ik aan ze op een plat oppervlak te leggen om ervoor te zorgen dat ze recht staan. (Ze wegen kan hierbij helpen)

Een paar van de gaten moeten worden uitgeboord met een 5 mm-bit (aangeduid in de 5e afbeelding), dit moet ongelooflijk voorzichtig worden gedaan, of met het gebruik van een cirkelvormige vijl om het risico van breken van het onderdeel te minimaliseren. Om de montage later te vergemakkelijken, moeten alle gaten van 3 mm in het chassis worden uitgeboord met een boor van 3 mm om ervoor te zorgen dat de bouten goed passen. Aan de onderkant van het chassis bevindt zich ook een reeks zeshoekige uitsparingen waar de nylocks in passen, het is de moeite waard om een kleine vijl te gebruiken om deze te verbreden als de moeren er niet gemakkelijk in passen. Ik ontdekte dat het veel beter was om op de exacte maat te ontwerpen en vervolgens waar nodig materiaal te verwijderen, omdat dit de beste pasvorm oplevert.

Onderdelen om af te drukken:

• Chassis1.stl
• Chassis2.stl
• Chassis3.stl
• Chassis4.stl
• 2x motorhuis.stl
• 2x Wiel1.stl
• 2x Wiel2.stl
• top.stl

Stap 2: Het circuit

Omdat het hele punt van het project compact is, is het circuit om de pi zelf en de motoren van stroom te voorzien, ingebouwd in een enkel bord dat bovenop de pi zit, vergelijkbaar met een HAT, en verbinding maakt door in headers te steken die op de GPIO zijn gesoldeerd. Omdat de motoren vrij klein zijn en niet veel stroom nodig hebben, heb ik een L293D dual H-bridge motorcontroller gebruikt om ze van stroom te voorzien, aangezien de GPIO van de Pi kan worden beschadigd als deze wordt gebruikt om motoren aan te drijven (Back EMF en dergelijke evenals overstroom). De dubbele H-brug maakt gebruik van een set NPN- en PNP-transistoren, zodat de motor vooruit zal draaien als de transistoren Q1 en Q4 worden gevoed en dus stroom doorlaten. Als Q2 en Q3 worden gevoed, stroomt er stroom door de motor in de tegenovergestelde richting en draait deze achteruit. Dit betekent dat de motor in beide richtingen kan worden rondgedraaid zonder het gebruik van relais of andere componenten en ons in staat stelt de motor afzonderlijk van stroom te voorzien naar de pi in plaats van deze af te tappen.

De LM7805 voorziet de pi van stroom via de 5v GPIO-pin, maar mag niet worden gebruikt om de L293D van stroom te voorzien, aangezien de pi bijna alle 1A-uitgang van de 7805 nodig heeft, dus het is het beste om niet het risico te lopen dat hij smelt.

Veiligheid:

Als het circuit verkeerd is gebouwd en er wordt niet meer dan 5v aan de pi geleverd, of als het door een andere pin wordt gestoken, wordt de pi onherstelbaar beschadigd. Wat nog belangrijker is, is dat het circuit grondig moet worden gecontroleerd en getest op kortsluiting, vooral over de batterij-ingangen, aangezien LiPo's de neiging hebben om problemen te veroorzaken, * hoest *, explosies bij kortsluiting, u moet dat waarschijnlijk vermijden. Ik vond de beste manier om dit te testen door het circuit te testen door een 4-blok AA-batterijen op de ingang aan te sluiten en de uitgangsspanning te meten met een multimeter. Hoe dan ook, veiligheidsdingen zijn voorbij, laten we gaan solderen!

Het bord moet worden gebouwd volgens het bovenstaande schakelschema en in een vergelijkbare configuratie als mijn circuit, omdat deze lay-out netjes over de pi past en de LiPos nog niet heeft ontploft (vingers gekruist). Het is belangrijk dat de onderstaande volgorde wordt gevolgd, omdat draden dicht bij of over andere draden en pinnen worden geleid. Deze volgorde betekent dat deze draden als laatste worden gedaan om kortsluiting te voorkomen. Bij het solderen op de header-pinnen is het belangrijk om ze in een reservegedeelte van de header te plaatsen om ervoor te zorgen dat ze niet bewegen bij verhitting.

Stappen:

1. Snijd het bord op maat en vijl de snijrand glad (de mijne gebruikt 11 rijen bij 20 rijen en heeft handig letters en cijfers om ze te coderen) Ik zal de posities van pinnen op het bord geven met dit coördinatensysteem om het leven gemakkelijker te maken. Omdat het bord 2-zijdig is, zal ik de kant die naar de pi is gericht de 'B'-kant noemen en de kant weg van de pi als de 'A'-kant.
2. Soldeer de L293D en LM7805 op hun plaats, de L293D pin linksboven bevindt zich aan de B-kant op positie C11. De LM7805 moet zijn uitgangspinnen zo buigen dat de metalen achterkant van de chip plat tegen het bord ligt, de linkerpin moet in positie P8 staan.
3. Soldeer de header-pinnen op hun plaats, men moet eerst de kortere kant van de pinnen door het zwarte blok duwen totdat ze plat tegen de bovenkant van het blok liggen. Ze moeten er vanaf de A-kant doorheen worden geduwd met de rechterbenedenhoek in gat T1 en gesoldeerd vanaf de B-kant zoals getoond en gedocumenteerd in de bovenstaande afbeeldingen. Wanneer dit is gebeurd, snijdt u voorzichtig de zwarte blokken weg en steekt u de 2 rijen pinnen in de bijbehorende headers die nog niet aan de pi moeten worden gesoldeerd, deze zorgen ervoor dat de pinnen niet bewegen tijdens het solderen.
4. Soldeer vervolgens de motor- en batterijpinnen in, 4 breed voor de motor en 2 breed voor de batterij. De batterijpinnen moeten in slots J4 en K4 aan de B-kant worden geplaatst, de motorpinnen tussen L2 en O2 aan de B-kant.
5. De twee condensatoren moeten nu worden gesoldeerd, beide vanaf de B-kant. De anode (positieve poot) van de 22μF-condensator moet in sleuf P10 aan de B-zijde zitten en moet met het resterende deel van de poot op P8 worden gesoldeerd, voordat u de overgebleven poot afsnijdt. De kathode (negatieve poot) moet door gleuf P11 worden gestoken en rond worden gebogen zoals te zien is in de afbeelding om verbinding te maken met P7 (de kathode van de 7805). De anode van de 10μF-condensator moet door sleuf P4 worden gestoken en het been moet op pin P9 worden gesoldeerd, de kathode moet door sleuf P3 worden gestoken en op dezelfde manier als de andere condensator op P7 worden aangesloten.
6. De verbindingsdraden moeten de paden volgen die te zien zijn in de afbeeldingen hierboven, dus om leestijd te besparen heb ik een lijst samengesteld van de pinnen die hiermee moeten worden verbonden, in volgorde en met gespecificeerde zijden, de gespecificeerde zijde is de zijde die het geïsoleerde deel van de draad zit op. De coördinaten worden zo opgemaakt dat de eerste letter de zijde aangeeft, gevolgd door de coördinaat. Als ik bijvoorbeeld een L293D-pin op een uitgang zou aansluiten, zou hetzelfde gat dat de pin gebruikt niet kunnen worden gebruikt, dus het aangrenzende gat zou zijn, de pin waarmee de draad wordt verbonden, wordt aan weerszijden van de gaten geplaatst waar ze doorheen gaan. Dit ziet eruit als B: A1-A2 tot G4-H4 met de draad door de gaten A2 en G4. Opmerking: in mijn foto's heeft de A-kant geen letters, neem aan dat dit van links naar rechts is.
7. Aangezien je de soldeerbout al hebt, is het nu een goed moment om de motor- en batterijdraden te solderen. Ik raad aan om ongeveer 15 cm voor de motordraden te gebruiken, die horizontaal op de achterplaat van de motor moeten worden gesoldeerd om ruimte te besparen, een foto hiervan staat hierboven. Er zijn connectoren nodig aan het andere uiteinde van de motordraden, ik raad aan om hier na het krimpen een kleine hoeveelheid soldeer in te doen om een solide verbinding te garanderen. De rode draad van de ene batterijhouder moet aan de zwarte draad van de andere worden gesoldeerd, met een tussenruimte van ongeveer 4 cm, de andere twee draden hebben elk ongeveer 10 cm nodig, maar hebben in plaats daarvan een connector nodig die aan het uiteinde wordt bevestigd om verbinding te maken met het bord.

bedrading:

1. B: C4-B4 tot F11-G11
2. B: C9-B9 tot O1-O2
3. B: G11-H11 tot K5-K4
4. B: F9-G9 tot M1-M2
5. B: F8-G8 tot I4-J4
6. B: F6-G6 tot L1-L2
7. B: K4-L4 tot O10-P10
8. B: F7-H7 tot N7-O7
9. Aan een kant zijn alle draden aan die kant gesoldeerd, er worden geen draden door gevoerd dus er zijn maar 2 coördinaten nodig.
10. A: O4 tot O2
11. A: O5 tot N2
12. A: O10 tot M2
13. A: O7 tot P2
14. A: R4 tot Q2
15. A: Aardpennen O7, O8, R7 en R8 moeten allemaal worden aangesloten.
16. A: E7 tot K4
17. A: O1 tot R10
18. A: M1 tot R11
19. A: E4 tot T1
20. A: G2 tot R6

Ik raad aan om dit te vergelijken met het bovenstaande schakelschema om zeker te zijn van de juiste bedrading voordat u gaat testen. Het testen van het circuit moet worden gedaan met een multimeterset om de connectiviteit te testen, de pinnen die moeten worden gecontroleerd zijn als volgt, maar als je al bekwaam bent met elektronica, test dan zoveel als je kunt. Om te controleren: batterij-invoerpinnen, motorpinnen, alle pinnen van de header voor de pi en de 7805-invoer en -uitvoer tegen aarde.

Stap 3: De Pi. instellen

In deze tutorial ga ik ervan uit dat je pi al is ingesteld met een afbeelding en verbonden is met internet. Als je de pi voor de eerste keer instelt, raad ik je aan de volgende handleiding van hun website te gebruiken om de afbeelding te installeren:

www.raspberrypi.org/downloads/

Ik ontdekte dat het leven veel gemakkelijker wordt als je met de pi kunt werken terwijl je nog in de robot zit, maar omdat de HDMI-poort is geblokkeerd met een impasse, is extern bureaublad het beste alternatief. Dit is vrij eenvoudig in te stellen met behulp van een pakket met de naam xrdp en het RDP-protocol van Microsoft (ingebouwd in Windows, dus geen gedoe aan dat einde).

Om xrdp in te stellen, zorg er eerst voor dat je pi is bijgewerkt door de commando's 'sudo apt-get update' en 'sudo apt-get upgrade' uit te voeren. Voer vervolgens de opdracht 'hostname -I' uit die het lokale IP-adres van de pi zou moeten retourneren en je bent klaar om te gaan! Druk op de Windows-toets op uw computer en open een programma met de naam 'Remote Desktop Connection', voer vervolgens het IP-adres van uw pi in het veld Computer in, gevolgd door de gebruikersnaam 'pi' als u dit niet hebt gewijzigd, druk op enter en een verbinding zal worden vastgesteld met de pi.

Het eerste pakket dat je nodig hebt, is voor de camera, aangezien dit niet mijn expertisegebied is, heb ik een link naar de officiële gids hieraan toegevoegd, wat perfect voor mij werkte.

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

Zodra je deze handleiding hebt gevolgd en de bovenstaande software hebt geïnstalleerd, ben je klaar om naar de volgende stap te gaan!

Stap 4: De code

Allereerst met de code, programmeren is verre van mijn favoriete onderdeel van robotica, dus hoewel het programma volledig functioneel is, is de structuur ongetwijfeld niet perfect, dus als je er problemen mee opmerkt, zou ik feedback erg op prijs stellen!

Download het bijgevoegde python-bestand naar je pi en plaats het in de map Documenten, open vervolgens een terminal om te beginnen met het instellen van auto-run. Om ervoor te zorgen dat u niet elke keer dat u de robot wilt gebruiken naar de pi van het bureaublad op afstand hoeft te gaan, kunnen we de pi zo instellen dat het programma bij het opstarten wordt uitgevoerd. Start de installatie door "sudo nano /etc/rc.local" in de terminal te typen, die een op een terminal gebaseerde teksteditor genaamd Nano zou moeten oproepen, scrol naar de onderkant van het bestand en zoek de regel met de tekst "exit 0", maak een nieuwe regel erboven en typ "sudo python /home/pi/Documents Spy_bot.py &". Dit voegt de opdracht toe om het python-bestand uit te voeren volgens het opstartproces, aangezien ons programma continu zal draaien, voegen we de "&" toe om het proces te splitsen, waardoor de pi kan stoppen met opstarten in plaats van dit programma te herhalen. Om nano af te sluiten, drukt u op ctrl+x en vervolgens op y. Nadat u bent teruggekeerd naar de terminal, typt u "sudo reboot" om de pi opnieuw op te starten en de wijzigingen toe te passen.

Als de motoren in de verkeerde richting draaien, open dan het Spy_bot.py-bestand met de teksteditor en scrol naar het motorgedeelte van de code, dat zal worden gelabeld met instructies over de exacte nummers die moeten worden omgewisseld. Als de linker- en rechtermotor zijn verwisseld, kan dit in de code worden vastgelegd of door de kabels om te wisselen. Als u liever wilt voorkomen dat u alles weer uit elkaar haalt, verwisselt u elke 12 in de motorfunctie met 13 en elke 7 voor 15.

De code is geannoteerd met details over wat elke sectie doet, zodat deze gemakkelijk kan worden gewijzigd en begrepen.

Stap 5: Alles samenbrengen

Montage van de motoren:

Nadat je het chassis al aan elkaar hebt gelijmd en de pi hebt opgezet, ben je nu klaar om de robot te monteren! De beste plaats om te beginnen is met de motoren, hun houders zijn ontworpen om goed te passen, dus het is waarschijnlijk dat er een kleine hoeveelheid vijlsel nodig is op de kleine noppen aan de binnenkant hiervan, die op de bovenstaande foto zijn gelabeld. De gaten in het uiteinde hiervan moeten mogelijk ook iets groter worden, zodat het verhoogde gouden gedeelte aan het uiteinde van de motoren hierin past. Zodra de motoren goed in de behuizingen passen, kunt u de motor verwijderen en de behuizingen op hun plaats aan de achterkant van de robot vastschroeven met behulp van de M3 x 8 mm bouten en nylocks, en vervolgens de motoren terug op hun plaats steken.

De elektronica bevestigen:

Vervolgens kunnen de batterijhouders en raspberry pi op hun plaats worden vastgeschroefd met M3 x 8 mm bouten en nylocks volgens de foto's, de montagegaten in de pi zero moeten mogelijk iets groter worden omdat de bouten vast zitten, de veiligste en beste manier om te doen dit is met een kleine ronde vijl en veel voorzichtigheid. Het is de moeite waard om de batterij- en motordraden onder de pi te plaatsen, omdat dit de hele opstelling veel netter maakt zonder overal losse draden.

Nu is het tijd om de camera toe te voegen, die op de 4 pinnen aan de voorkant van het chassis kan worden geplaatst met de kabel al aan de achterkant, het andere uiteinde van de lintkabel moet voorzichtig worden gevouwen om in de camerapoort van de pi te passen, met de contacten van de kabel naar beneden gericht, zorg ervoor dat u de lintkabel niet hard buigt, aangezien deze nogal kwetsbaar is.

Montage van de bovenplaat:

De 6 afstandhouders moeten 19 mm lang zijn, zo niet, dan moet een degelijke metalen vijl het werk doen, als dit gedaan is, moeten ze aan de bovenzijde van het chassis worden vastgeschroefd met het verse uiteinde tegen het plastic indien van toepassing. Hierop kan nu de bovenplaat worden vastgeschroefd, waarbij u de lintkabel er voorzichtig onder vouwt.

De wielen toevoegen:

Op naar de laatste trede, de wielen! De twee wielen met kleinere gaten in het midden moeten worden uitgeboord tot 3 mm om op de motorassen te passen, maar als uw 3D-printer op een hoog niveau is gekalibreerd, zou dit niet nodig moeten zijn. De vierkante gaten in alle wielen moeten iets breder worden gemaakt zodat er een nylock in kan worden geplaatst. de rand van het wiel. De resterende twee wielen moeten op dezelfde manier worden verbreed als de andere, maar in plaats daarvan tot 5 mm om op de as te passen. Zodra de wielen allemaal zijn voorbereid, raad ik aan om een of andere vorm van elektrische tape of een rubberen band te gebruiken om ze een gripoppervlak te geven, als tape wordt gebruikt, is ongeveer 90 mm voldoende om één keer rond het wiel te gaan. De achterwielen zijn nu klaar om te worden bevestigd. De gemakkelijkste manier om dit te doen is door de motoras zo te draaien dat het vlakke oppervlak naar boven wijst en het wiel vast te schroeven met de bout naar beneden gericht, waarbij er 1-2 mm tussen het wiel en de motorhuis om vasthaken te voorkomen. De vooras kan nu door de voorblokken worden geplaatst en de wielen worden bevestigd.

Deze stap zou het project moeten afronden, ik hoop dat dit informatief en gemakkelijk te volgen was, en vooral leuk! Als je suggesties, vragen of verbeteringen hebt die ik kan aanbrengen, laat het me dan weten, ik ben meer dan blij om eventuele vragen te beantwoorden en deze instructable waar nodig bij te werken.