Sparky - DIY webgebaseerde telepresence-robot - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

De naam Sparky is gebaseerd op een acroniem voor Self Portrait Artifact Roving Chassis I, een ongemakkelijke titel voor een kunstproject dat begin jaren '90 begon. Sindsdien is Sparky geëvolueerd van een extra groot RC-speelgoed met een paar videocamera's voor babyfoons tot een volledig web-enabled autonome telepresence-robot. Er zijn in de loop der jaren veel verschillende versies geweest, waarbij gebruik werd gemaakt van een breed scala aan technologieën en oplossingen, maar altijd met hetzelfde doel om een platform te bieden voor live video-telepresence en autonome roving op afstand. De meeste uitrusting die voor dit project nodig is, is kant-en-klaar verkrijgbaar en veel van wat ik gebruikte was al in mijn winkel van eerdere projecten, hopelijk heb je een vergelijkbare uitrusting, maar wees voorbereid om te improviseren, dumpster-duiken of Craigslist te raken voor ontbrekende onderdelen. Sparky gebruikt Skype als basis voor de videochat, evenals enkele aangepaste software (en broncode) die we leveren voor basis servobesturingen voor het besturen van een wiel. U kunt deze code aanpassen om functionaliteit aan uw robot toe te voegen - inclusief meer servo's, grijparmen en sensoren. U wordt alleen beperkt door uw verbeeldingskracht en vindingrijkheid. Houd er rekening mee dat elke robot anders zal zijn, dus deze handleiding is geenszins volledige instructies. Zie het als een startpunt, een fundament waarop je je eigen unieke Sparky-creatie ontwerpt en bouwt.

Stap 1: Onderdelen - Chassis en aandrijflijn

Chassis en aandrijflijn: Vex is een populaire educatieve robotkit. Het lijkt veel op een traditionele Erector-set, met de toevoeging van geavanceerde servomotoren, wielen en tandwielen (VEX heeft ook een eigen programmeertaal en computerbord voor het maken van complete robots, maar we gebruiken deze niet voor Sparky).

Stap 2: Onderdelen - Vermogen

Vermogen: Een compacte 12v, 7Ah hobbyaccu. In combinatie met een doorsnee, gelijkstroom-naar-wisselstroomomvormer, levert het genoeg sap om de robot een paar uur te laten werken op een enkele lading.

Stap 3: Onderdelen - Hersenen

Hersenen: een Mac Mini van de eerste generatie is goedkoop en biedt veel kracht en functionaliteit in een klein pakket, inclusief wifi, Bluetooth en voldoende poorten om alles aan te sluiten (USB, Ethernet, FireWire, audio).

Stap 4: Onderdelen - Zenuwstelsel

Zenuwstelsel: Om de kloof tussen de computer en de servomotoren te overbruggen, gebruikt Sparky een MAKE Controller-bord.

Stap 5: Software

Software: Sparky gebruikt Skype, de populaire gratis VoIP- en vide-chatsoftware als basis voor de huidige telepresence-opstelling, maar we hebben de chatfunctionaliteit uitgebreid met aangepaste software die servomotorbesturing toevoegt. Deze bestanden kunnen worden aangepast, zodat u extra functies kunt toevoegen, zoals sensoren, grijparmen en meer.

Stap 6: Andere componenten

Andere componenten: LCD-monitor, muis, toetsenbord Webcamkabels - USB, Firewire, Ethernet, voeding, video, audio Instelbare voeding om de servokracht te vergroten Zwenkwielen

Stap 7: Gereedschap

Gereedschap: Inbussleutel voor Vex Schroevendraaier Knipt Diverse kabelbinders

Stap 8: CHASSIS & AANDRIJVING -1

Eerdere versies van Sparky's chassis waren gebaseerd op verschillende materialen, waaronder gelast staal, lego's en meer. De huidige versie van Sparky maakt gebruik van het VEX Robotic Design System, met behulp van de Erector Set-achtige stalen liggers, platen en moeren/bouten, evenals de meegeleverde tandwielen, wielen en assen. Deze kits besparen veel tijd terwijl u de exacte afmetingen van uw bot uitzoekt. Een paar generieke zwenkwielen zorgen voor wendbaarheid in krappe bochten. Je kunt bouwen met vergelijkbare materialen op speelgoedschaal, of je kunt ervoor kiezen om een steviger frame te maken van gelast staal, net als de originele Sparky.

Stap 9: CHASSIS & AANDRIJVING TREIN - 2

De VEX-kit bevat veel geweldige onderdelen, waaronder standaard servo's met een beperkt bewegingsbereik van 180 *, maar ook twee servo's met volledig draaiende motoren die volledig ronddraaien als DC-motoren. Deze zijn handig omdat ze de vereisten vereenvoudigen om een wielbeweging met volledige rotatie te creëren. (De originele Sparky-robot had 2 servo's met een beperkt bereik, maar deze dreven de robotwielen niet rechtstreeks aan. In plaats daarvan verplaatsten ze fysiek potentiometers die waren aangesloten op de originele rolstoelbesturing, een schijnbaar complexe Rube Goldberg-achtige oplossing die al jaren verrassend goed werkt maar maakt de meeste ingenieurs nog steeds nerveus!).

Stap 10: CHASSIS & AANDRIJVING TREIN - 3

De VEX-servo's zijn niet erg krachtig, maar door de bijgevoegde versnellingen te gebruiken, kunnen ze nog steeds voldoende koppel aan de wielen leveren, hoewel met het opofferen van snelheid. Het werkt goed genoeg op harde oppervlakken, maar worstelt op tapijt of zelfs over kleine oneffenheden. De volgende stap zou kunnen zijn om wat sterkere servo's met volledige rotatie toe te voegen, of zelfs de sprong naar DC-motoren te maken, hoewel dat ook extra programmering zou vereisen.

Stap 11: CHASSIS & AANDRIJVING TREIN - 4

Er is behoorlijk wat tijd besteed aan het herwerken van het VEX-chassis om het zo licht mogelijk te houden en toch alle onderdelen te laten passen. Bijzonder uitdagend was de keuze van de monitor. Oorspronkelijk gebruikte ik een lichtgewicht 7 LCD-scherm, maar het had zo'n lage resolutie dat het onmogelijk was om goed te zien. Uiteindelijk deed een oude 17 LCD het, hoewel met een aanzienlijk extra gewicht. Een ander bouwprobleem is de gewichtsverdeling. De batterij, omvormer en voedingen moeten zo worden geplaatst dat hun gewicht gecentreerd is tussen de wielen en geen van beide te zwaar belast. Al deze problemen vormen samen een uitdagende puzzel van dicht opeengepakte componenten en kabels met ritssluiting.

Stap 12: COMPUTER & RANDAPPARATUUR

Een van de redenen waarom de huidige Sparky zo klein is, is het inspirerende formaat van de Mac Mini. Het was een opmerkelijk besef dat de rekenkracht die nodig was om dit project aan te sturen steeds kleiner werd. Eerdere inspanningen omvatten een G4-desktop op ware grootte, een Luxo Lamp-iMac en zelfs de zelden ziende Mac Cube. Ik ben zelfs begonnen rond te neuzen bij het idee van een iPhone Sparky, maar dat heeft zijn eigen problemen en het aansluiten van de computerhardware is eenvoudig. Kijkend naar de achterkant van de Mac van L naar R, is er een stroomkabel, Ethernet (naar MAKE Controller), Firewire (iSight), monitorkabel, USB (MAKE Controller), nog een USB (toetsenbord en muis). Alle overtollige bekabeling, stroomblokken, enz. zijn met een ritssluiting vastgemaakt en in het chassis geklemd. Er zijn drie AC-netsnoeren, de Mac, de LCD-monitor en het MAKE-bord, die allemaal in een 3-weg splitter gaan die is aangesloten op de DC-naar-AC-omvormer, nauwsluitend naast de 12 V-batterij verpakt. De Ethernet- en USB-kabel worden aangesloten op de MAKE-controller, de ene voor data, de andere voor stroom.). Dit is een goed moment om dingen te testen. Start het op en los eventuele problemen op met audio, video, wifi, enz. Download en gebruik Skype om videogesprekken te voeren. Zorg ervoor dat u al deze potentiële overlast verwijdert voordat u doorgaat naar de volgende fase.

Stap 13: MAAK CONTROLLER

Er is een controllerkaart nodig om een fysieke verbinding te maken tussen de Mac en de servomotoren. Het bord ontvangt opdrachten van de computer en zet deze om in elektrische impulsen die de motoren laten draaien. Het kan ook signalen van sensoren (infrarood, aanraking, licht) opnemen en die gegevens terugsturen naar de computer. Er zijn veel verschillende controllers beschikbaar. Een van de meest populaire is waarschijnlijk Arduino, een goedkope, open-source controllerkaart waar veel mensen de voorkeur aan geven. Ik ontving een paar jaar geleden een MAKE-bord toen het nog maar net uit het prototypestadium was. Nieuwere versies van het bord zijn vergelijkbaar, maar waarschijnlijk een beetje eenvoudiger in te stellen. Ik raad ten zeerste aan om de MakingThings-site te bezoeken voor recente firmware en andere updates van het bord. Een leuk aspect van de MAKE-controller zijn alle gemakken die erin zijn ingebouwd, zoals een groot aantal analoge en digitale poorten voor invoer en uitvoer. Het beste van alles voor Sparky zijn de 4 plug-and-play servo-slots. De VEX-servo's kunnen rechtstreeks worden aangesloten op slots 0 en 1, wat veel tijd en moeite bespaart bij het maken van de verbindingen vanaf het begin. Het MAKE-bord heeft ook een handige schakelaar voor servovermogen, die direct van het MAKE-bord kan komen bij 5v, of er kan een externe voeding worden aangesloten om het sap tot 9v te verhogen. De VEX-motoren van Sparky worden belast met meer gewicht dan waarvoor ze geschikt zijn, dus het extra vermogen helpt de wielen te laten draaien (de motoren lijken een intern uitschakelcircuit te hebben dat voorkomt dat ze doorbranden als er te veel vermogen wordt toegepast). Als je Arduino of een ander controllerbord gebruikt, kijk dan online om de informatie te vinden die nodig is om servo's aan te sturen. Het moet vrij gemakkelijk te vinden zijn.

Stap 14: SOFTWARE

Sparky gebruikt eigenlijk twee computers - de Mac Mini aan boord en een andere computer die geschikt is voor internet en videochat. Zie deze tweede computer als Sparky's controlehokje. Ik gebruik een oude powerbook en iSight-camera. Voor beide computers is Skype vereist. Het Sparky-project gebruikt het voor videochat, maar maakt ook gebruik van de tekstchatfunctie om motorbesturingscommando's via de Skype-verbinding op te roepen - dus als Skype verbinding maakt, kan de robot rijden zonder dat er een extra verbinding tussen beide nodig is. Hoe het werkt: bovendien naar Skype, Sparky vereist aangepaste plug-in-software. De plug-in voor de controlecabine wordt geleverd met WASD-besturingselementen in videogamestijl die zijn toegewezen aan het toetsenbord. Toetsaanslagen vanuit de cabine worden als sms-berichten binnen Skype naar Sparky's ingebouwde Mac Mini gestuurd, waar een ander exemplaar van de plug-in de sms-berichten ontvangt en vertaalt in bewegingsopdrachten die naar de MAKE-controller worden gestuurd, die stroom naar de servo's stuurt. Hier is de aangepaste softwareHier zijn software-instructies:

Stap 15: SPARKY ZIJN

Sparky rijden is een unieke ervaring, een mix van Marsrover-sim en live sociale netwerken doorspekt met frequente technische brandoefeningen. Het zet mensen aan het denken over zowel hun angsten als hun aantrekkingskracht op het idee van een mens-machine hybride. Maar het is verbazingwekkend hoe snel mensen lijken te vergeten dat ze met een half-machine cyborg praten en binnen een paar uitwisselingen is Sparky in staat om een echte, menselijke verbinding tussen deelnemers te creëren. In de loop der jaren hebben versies van Sparky gediend als een galerijgids, jazzzanger en bandleider, feestgastheer en virtuele Burning Man-deelnemer. Maar het potentieel voor Sparky is veel groter dan deze voorbeelden. Wat kun je Sparky laten doen? Waar zou je het heen brengen? Hoe zie je telepresence-robots de manier waarop je met de wereld omgaat beïnvloeden?