3D drukāts Raspberry Pi Zero robots: 12 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Vai esat kādreiz vēlējies uzbūvēt robotu, bet vienkārši nebija visu materiālu, lai to uzbūvētu, nebeidzot ar nevajadzīgi apjomīgu šasiju? 3D printeri ir šeit, lai glābtu dienu! Viņi var ne tikai izveidot detaļas, kas ir saderīgas ar praktiski jebkuru aparatūru, bet arī to var izdarīt ļoti kosmosa ziņā. Šeit es jums parādīšu, kā izveidot ļoti vienkāršu robotu, kurā ir 3D drukātas detaļas, Raspberry Pi Zero un Pi kamera. Es aicinu jūs ņemt vērā un mainīt to, ko esmu izdarījis, lai tas atbilstu jūsu praktiskajām vai izklaides vajadzībām. Lai kontrolētu robotu un apskatītu kameras plūsmu, es izveidoju IOS lietotni (lietotni PiBotRemote), kuru varat brīvi izmantot un modificēt. Tomēr reālā jauda šādos projektos izriet no aparatūras un programmatūras iespēju daudzveidības. Tāpēc es mudinātu jūs būt radošiem un papildināt to, ko esmu darījis, atkarībā no tā, ko jūs zināt. Piemēram, es domāju, ka būtu forši likt šim robotam izmantot mašīnas redzējumu, lai atpazītu apkārtni un pārvietotos līdzīgi kā pašbraucoša automašīna.

1. darbība. Prasības

• Materiāli

  • Nepieciešams (aptuveni 75 ASV dolāri)

    • Raspberry Pi Zero W (10 ASV dolāri)
    • Micro SD karte (8,25 ASV dolāri)
    • 40 kontaktu galvene (3,25 ASV dolāri)
    • Jumper vadi ($ 6,86)
    • USB akumulators (USD 5,00)
    • 900 apgr./min. Mikro pārnesumkārba x 2 (katrs USD 12,95)
    • Motora vadītājs (4,95 ASV dolāri)
    • Riteņi (6,95 ASV dolāri)
    • 14 mm tērauda lodīšu gultnis (0,62 ASV dolāri)
    • Skrūves, uzgriežņi un atdalījumi (skatīt zemāk)

  • Pēc izvēles (aptuveni 45 ASV dolāri)

    • Gaismas diodes
    • Raspberry Pi kamera ($ 29,95)
    • Pi Zero kameras adapteris (5,95 ASV dolāri)
    • Servomotors (8,95 ASV dolāri)

  • Rīki

    • 3D printeris un pavedieni
    • Dators (es izmantošu Mac, un jums tas būs vajadzīgs, ja vēlaties izmantot lietotni PiBot Remote)
    • iPhone/iPad/iPod Touch (ja izmantosit lietotni)
    • Urbis
    • Skrūvgriezis ar maināmiem galiem

Vairāk informācijas par detaļām

• Pi Zero: Ja vēlaties izmantot Pi Zero tikai šim projektam, jums būs labi visu laiku skriet bez galvas. Pretējā gadījumā, ja kādreiz vēlaties pievienot HDMI izeju vai USB perifēriju, jums būs jāiegādājas papildu adapteri. Šajā gadījumā, visticamāk, tas ir visrentablākais variants, lai iegādātos Pi Zero komplektu, piemēram, šo (24 USD), es nopirku amazon. Lai gan man vēl bija jāiegādājas micro SD karte, šim komplektam bija pievienots Pi Zero, abi nepieciešamie adapteri un daudzas dažādas galvenes. Tas viss var būt noderīgs.
• Micro SD karte: varat izmantot jebkuru Micro SD karti, ja vien tajā ir vismaz 8 GB krātuves.
• Jumperi: Man patīk šādi džemperi, jo tie ir savienoti saišķi. Tas ļauj man atdalīt, teiksim, 9 vadu sekciju un kārtīgi savienot Pi un motora draiveri.
• USB akumulators: akumulators, ko nopirku no Sparkfun, kopš tā laika ir pārtraukts. Tā rezultātā jums tas būs jāatrod citur. Tas, kuru es saistīju, izskatījās līdzīgs manējam, bet es to neesmu nopircis, un, iespējams, jums būs jāmaina drukas faili, lai tie atbilstu akumulatoram. Noteikti atrodiet akumulatoru ar pievienotu mikro USB kabeli, jo tas ļauj to pievienot tieši pī bez liekiem vadiem.
• Motora vadītājs: Es ieteiktu izmantot ūdenslīdēju, ar kuru es saistīju, jo tas ir diezgan lēts, un drukājums ir veidots tā, lai tas precīzi atbilstu šai plāksnei. Turklāt citi dēļi var darboties atšķirīgi, un jums var būt dažādi rezultāti.
• 14 mm tērauda lodīte: Es izmantoju šo bumbu tikai tāpēc, ka man gadījās, ka tā ir viena. Jūtieties brīvi izmantot citus izmērus, taču, iespējams, būs jāmaina ligzdas izmērs. Bumba kalpos kā trešais ritenis mūsu robotam. Šī ir viena no mana robota dizaina jomām, kas šobrīd ir visproblemātiskākā un varētu izmantot visvairāk uzlabojumu. Lai gan tas labi darbojas uz gludām, cietām virsmām, tam ir problēmas ar paklājiem un raupjām virsmām. Jūtieties brīvi mainīt šo sava dizaina apgabalu.
• Skrūves, uzgriežņi, atkāpes: iespējams, jums būs nedaudz jāstrādā, lai atrastu jums piemērotas skrūves. Es vienkārši atradu skrūves, kas piestiprina Pi, kā arī skrūves, kas tur Pi kameras stiprinājumu kopā, mana tēva skrūvju kolekcijā. Motora stiprinājumiem un kontaktligzdām es izmantoju šīs (2,95 USD) skrūves un šos (1,50 USD) uzgriežņus, kas abi ir pieejami Sparkfun. Stāvokļi un 8 skrūves (nejauši attēlā iekļāvu tikai 4), kas tur robotu kopā, es paņēmu no savas skolas neizmantotajiem VEX komplektiem.
• Gaismas diodes: Esmu pārliecināts, ka jūs zināt, kur varat viegli atrast dažas gaismas diodes. Izvēlieties krāsas, kuras vēlaties attēlot funkcijās: jauda, savienojums, robotu atkārtošanas ceļš un robota saņemšanas instrukcija.
• Kamera un servo: atkarībā no tā, ko vēlaties darīt ar savu robotu, varat izvēlēties neiekļaut kameru un servo, jo tie nav nepieciešami pamata kustībai, un pievienot robota izmaksām 45 USD.

2. darbība: Pi Zero iestatīšana

Sekojiet šai saitei, lai ierīcē Raspberry Pi Zero W iestatītu instalāciju bez galvas

• Neaizmirstiet, ka Pi Zero nevar izveidot savienojumu ar 5 GHz Wi-Fi tīklu
• Noteikti ievērojiet Raspbian Stretch vai jaunākas versijas norādījumus

Kad esat veiksmīgi izveidojis savienojumu ar savu pi, izmantojot SSH, palaidiet

sudo raspi-config

un mainiet šādas konfigurācijas:

• Nomainiet paroli. Ir ļoti bīstami atstāt aveņu noklusējuma paroli. Noteikti atcerieties šo paroli.
• Tīkla opcijās mainiet resursdatora nosaukumu no raspberrypi uz kaut ko īsāku, piemēram, pizero vai pibot. Pārējā šīs apmācības daļā es izmantošu pibot. Noteikti atcerieties, ko šeit ievietojāt.
• Sadaļā Boot options -> Desktop / CLI atlasiet Console Autologin
• Dodieties uz saskarnes opcijām un iespējojiet kameru

Atlasiet Pabeigt un restartējiet ierīci.

3. darbība: iestatiet AdHoc tīklu

Izveidojot AdHoc tīklu, mēs varēsim savienot savu vadības ierīci tieši ar robotu bez starpniekiem. Tas ļaus ātrāk straumēt video un samazināt vadības latentumu. Tomēr šis solis nav nepieciešams, jo viss joprojām darbosies, izmantojot parasto wifi tīklu.

Pirmkārt, jums būs nepieciešams lejupielādēt un izpakot visus nepieciešamos failus no GitHub. Terminālī dodieties uz lejupielādēto mapi un nosūtiet mapi PiBotRemoteFiles uz pi ar komandu:

scp -r PiBotRemoteFiles/ [email protected]: Desktop/

Tas nosūta visus nepieciešamos failus robotam, kurš to kontrolēs un iestatīs AdHoc tīklu. Pārliecinieties, vai faili atrodas mapē ar nosaukumu "PiBotRemoteFiles", kas atrodas uz darbvirsmas; pretējā gadījumā daudzas lietas neizdosies. Ja izmantojat lietotni PiBot Remote, lietotnes iestatījumos varat pārslēgties starp parasto Wi-Fi un AdHoc tīklu. Pretējā gadījumā varat to manuāli mainīt, izmantojot SSH, izmantojot vienu no šīm komandām:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Protams, pirms iepriekšējo komandu palaišanas pārliecinieties, ka esat navigējis uz mapi PiBotRemoteFiles. Visas izmaiņas starp AdHoc un Wi-Fi stāsies spēkā tikai pēc nākamās restartēšanas. Ja ir iestatīts AdHoc, tad, kad tiek palaists Pi Zero, jums vajadzētu redzēt PiBot tīklu.

4. solis: pievienojiet barošanas LED

Lai gan tas noteikti nav vajadzīgs, var būt noderīgi izmantot strāvas indikatoru. Lai to aktivizētu, SSH ievadiet Pi Zero un palaidiet komandu:

sudo nano /etc/bash.bashrc

Un faila beigās pievienojiet šādu rindu:

python /home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

Vēlāk mēs mainīsim GPIO tapu, kas saistīta ar barošanas LED.

5. darbība: RPi Cam tīmekļa saskarnes iestatīšana

Lai izmantotu Raspberry Pi Cameras video straumi, mēs izmantosim RPi-Cam-Web-Interface. Informāciju par šo moduli var atrast šeit, un to kods ir pieejams vietnē GitHub. Lai instalētu moduli, mums vispirms jāatjaunina mūsu Pi. Tas var ilgt aptuveni 10 minūtes.

sudo apt-get update

sudo apt-get dist-upgrade

Pēc tam mums jāinstalē git:

sudo apt-get instalēt git

Un beidzot mēs varam instalēt moduli:

git klons

RPi_Cam_Web_Interface/install.sh

Pēc moduļa instalēšanas parādīsies konfigurācijas logs. Ja vēlaties pievienot lietotājvārdu un paroli, noteikti izmantojiet to pašu lietotājvārdu un paroli kā jūsu pi kontam. Pretējā gadījumā lietotne PiBot Remote nevarēs saņemt kameras straumi.

Tagad, ja dodaties uz pārlūkprogrammu ierīcē, kas atrodas tajā pašā tīklā kā Pi un ja kamera ir savienota ar pi, varat saņemt straumi, apmeklējot vietni https://pibot.local/html/#. RPi interfeiss ļauj ērti kontrolēt kameru, un, pieskaroties vai noklikšķinot uz videoklipa, tas var kļūt par pilnekrāna režīmu. Mēs to vēlāk izmantosim ar PiBot attālo lietotni.

Mēs esam pabeiguši Pi Zero iestatīšanu, lai sāktu jautri!

6. darbība: izdrukājiet visu

Lai gan es izmantoju Dremel 3D printeri ar PLA kvēldiegu, droši izmantojiet savus printerus un materiālus. Visi STL faili atrodas mapē, kuru lejupielādējāt no GitHub. Es varēju visu izdrukāt četrās partijās: augšējo plāksni, apakšējo plāksni, visus stiprinājumus un kontaktligzdas, kā arī gredzenu. Esiet radošs krāsu izvēlē un pilnībā izmantojiet 3D printeru iespējas. Manam printerim nebija divkāršas ekstrūzijas vai tamlīdzīgu iedomātu funkciju, taču, ja tam ir piekļuve, es ieteiktu izdrukāt augšējās plāksnes augšpusē esošos rotājumus kontrastējošā krāsā. Jums, iespējams, vajadzēs vīlēt un urbt, lai daži gabali būtu piemēroti.

Jūtieties brīvi krāsot augšējo plāksni, lai būtu redzami LED simboli un rotājumi.

Jūs, iespējams, pamanījāt divus stiprinājumus apakšējās plāksnes galos, kas līdzinās GoPro stiprinājuma sistēmai. Jūtieties brīvi izmantot šos, lai robota priekšpusē vai aizmugurē piestiprinātu visu, kas jums patīk. Blendera failā varat atrast manu izmantoto sausās dzēšanas marķiera stiprinājumu, kā arī veidnes objektu, kuru varat mainīt, lai turētu objektu.

Tāpat jūtieties brīvi definēt jebkuru virzienu uz priekšu; Līdz šim esmu mainījies vismaz trīs reizes.

7. solis: lodēt uz galvenēm

Lai gan es izvēlējos lodēt uz PiZero galvenēm, jūs varat lodēt vadus tieši pie pi. Ja izvēlaties lodēt galvenes, kā es, es ieteiktu izmantot tādu ar taisnu leņķi kā mans. Tas ievērojami paslēpj vadus un liek izskatīties daudz kārtīgākam.

Tagad ir pienācis laiks pielodēt motora vadītāju. Apakšējā plāksne ir īpaši izstrādāta šim Sparkfun motora vadītājam, un tajā ir vieta tapas galviņai, lai izbāztu dibenu. Tas ļauj viegli nomainīt motora tapas, lai jūs varētu nomainīt kreiso un labo, kā arī uz priekšu un atpakaļ. Lai gan es tagad iekļauju šādu darbību, es ļoti ieteiktu pagaidīt dažus soļus, līdz jūs precīzi zināt, cik ilgi jūsu vadiem jābūt. Nogrieziet 9 vadu sekciju džemperu tapas, kas ir saderīgas ar galvenes tapām, kuras tikko pielodējat pi. Uzmanīgi pielodējiet katru vadu, lai grupa varētu kopīgi gulēt un aptīt akumulatoru. Iepriekš izmēriet stieples garumu, lai jums nebūtu pārāk maz vai pārāk daudz.

Visbeidzot, ir pienācis laiks lodēt gaismas diodes. Ielīmējiet tos attiecīgajās vietās uz augšējās plāksnes un salieciet visas slīpētās tapas viena virs otras. Lodējiet vienu vadu pie zemes un vienu vadu pie katras gaismas diodes. No kreisās puses uz labo gaismas diožu funkcijas ir šādas: robota jauda, lietotnes savienojums ar robotu, robots atskaņo saglabāto ceļu un robots saņem norādījumus.

Katram motoram pielodējiet arī vadus, lai tos varētu pieslēgt galvenēm, kas nāk no motora draivera.

8. solis: ieskrūvējiet motoru un kontaktligzdu

Vispirms ievietojiet katru motoru motora stiprinājumā. Pēc tam katru skrūvi ievietojiet daļēji, līdz gals sasniedz stiprinājuma vai kontaktligzdas virsmu. Pēc tam, pievelkot katru skrūvi, katrai skrūvei turiet uzgriezni plāksnes otrā pusē. Skrūvējot otro, neaizmirstiet novietot gultni starp divām kontaktligzdām. Novietojiet motora draiveri savā vietā un pievienojiet motorus. Nav nozīmes tam, kurš motors ir pievienots katrai izejai, jo to var viegli mainīt, tiklīdz robots ir iedarbināts.

9. darbība: sagatavojiet kameru un servo

Pievienojiet Pi Zero adaptera lenti kamerai un pieskrūvējiet kameras korpusu kopā. Novietojiet servo savā vietā. Jūs varat urbt servo skrūvju caurumus, taču tas ir pietiekami cieši pieguļošs. Pievienojiet kameru pie servo jebkurā jums ērtākajā veidā. Pašlaik man ir divi caurumi stiprinājumā, ar skavu, kas iet caur servo ragu un kameras korpusu. Tomēr tas atstāj daudz brīvas vietas, tāpēc, iespējams, vēlēsities izmantot superlīmi. Pavērsiet kameru vēlamajā virzienā un pieskrūvējiet servo ragu vietā. Ielieciet kameras lenti caur aveņu spraugu un pievienojiet to pī. Visbeidzot, salieciet lenti, lai tā būtu pret akumulatoru.

10. solis: visu salieciet kopā

Beidzot ir pienācis laiks, lai viss kļūtu par vienu gabalu. Pievienojiet vadus no gaismas diodēm, motora draivera un servo Pi tādā veidā, lai izmantotu tikai derīgas tapas, taču turiet tās tuvu izejai. Pēc tam ievietojiet vadus caur spraugām un pieskrūvējiet pi vietā. Tas ir veidots tā, lai būtu cieši pieguļošs, lai lietas būtu kārtīgas, tāpēc nepadodieties, ja šķiet, ka šīm lielajām džemperu tapām nepietiek vietas.

Ieskrūvējiet katru atdalījumu apakšējā plāksnē, lai katrs būtu drošs. Ievietojiet akumulatoru un pārliecinieties, ka strāvas kabelis var ieiet caur slotu un Pi Zero barošanas portā. Aptiniet motora vadītāja vadus ap to un visu apvelciet ar gredzenu. Kad esat iespiedis visus vadus telpā starp akumulatoru un augšējo plāksni, nelielu grēdu uz apakšējās plāksnes ievietojiet gredzenā un divus augstos gredzena punktus augšējā plāksnē. Tagad jūs varat cieši pieskrūvēt augšējo plāksni un esat izveidojis savu robotu!

11. darbība: atveriet Xcode projektu

Dažas nākamās darbības ir spēkā tikai tad, ja izmantosit lietotni PiBot Remote, kurai nepieciešams Mac un IOS ierīce.

Tā kā esmu lēts un man nav apmaksāta Apple izstrādātāja konta, varu kopīgot tikai Xcode projektu, nevis pašu lietotni. Pēc tam varat pats atvērt projektu, mainīt parakstīšanu un palaist to savā ierīcē.

Ja jums vēl nav Xcode, lejupielādējiet to no sava Mac lietotņu veikala. Kad Xcode tiek ielādēts, apakšējā labajā stūrī izvēlieties "Atvērt citu projektu" un GitHub lejupielādē dodieties uz mapi "PiBot Remote".

Kad projekts tiek atvērts, noklikšķiniet uz saknes faila skata kreisajā malā ar nosaukumu "PiBot Remote".

Mainiet saišķa identifikatoru uz kaut ko unikālu. Jūs varētu aizstāt manu vārdu ar savu vai pievienot kaut ko līdz galam.

Mainiet komandu uz savu personīgo kontu. Ja jums tāda nav, atlasiet “Pievienot kontu”.

Lai izveidotu, nospiediet komandu B un ceru, ka viss darbojas pareizi. Kad esat veiksmīgi izveidojis projektu, pievienojiet ierīci datoram. Noklikšķiniet uz pogas pa labi no atskaņošanas un apturēšanas pogām augšējā kreisajā stūrī un atlasiet savu ierīci.

Nospiediet komandu R, un lietotnei vajadzētu palaist jūsu ierīcē. Ierīcei, iespējams, būs jāpārbauda identitāte, pirms tā darbojas, un tai būs nepieciešama piekļuve internetam tikai šajā laikā.

12. solis: galīgās korekcijas

Jūs varat pielāgot tapu numurus visam, izņemot barošanas gaismas diodi lietotnē PiBot Remote. Lai nomainītu barošanas gaismas diodes tapu, SSH PI, un palaidiet komandu:

/home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

Mainiet abus 36 gadījumus uz jebkuru izmantoto GPIO tapu. Pēc tam nospiediet taustiņu Control-X, y, ievadiet.

Gan lietotne, gan serveris ir pakļauti kļūdām. Izmantojiet konsoli atkļūdošanas režīmā, lai noskaidrotu, kas notiek. Ja rodas šaubas, mēģiniet restartēt Pi un/vai restartēt lietotni. Dažreiz pēc koda kļūmes lietotne nevar atjaunot savienojumu, jo adrese jau tiek izmantota. Šajā gadījumā vienkārši nomainiet portu, un lietotnei vajadzētu izveidot savienojumu.

Turklāt, vadot robotu ar ierīces akseleratoru, jums ir jāizmanto daži neērti žesti, lai kalibrētu, apturētu/iedarbinātu, pielāgotu kameru un parādītu/paslēptu cilnes joslu

• Kalibrēšana: pieskarieties un turiet ar diviem pirkstiem.5 sekundes (ja jūsu ierīce to atbalsta, pēc ierīces kalibrēšanas jūs jutīsit haptisku atgriezenisko saiti
• Kameras pielāgošana: visgrūtākais žests, veiciet iepriekš aprakstīto, lai kalibrētu, pēc tam velciet pirkstus uz augšu, lai pārvietotu kameru uz augšu, un velciet uz leju, lai pārvietotu kameru uz leju. Pielāgošana tiks veikta, tiklīdz pacelsit pirkstus.
• Pārtraukt/sākt pārslēgšanu: pārejot uz akselerometra skatu, robots sākotnēji ir iestatīts ignorēt kustības komandas. Lai pārslēgtu šo iestatījumu, veiciet dubultskārienu ar diviem pirkstiem.
• Rādīt/paslēpt cilnes joslu: lai akselerometra braukšanas laikā iespējotu skatīšanos pilnekrāna režīmā, cilņu josla pēc dažām sekundēm tiks automātiski paslēpta. Lai to parādītu vēlreiz, velciet uz augšu. Lai to paslēptu, velciet uz leju.

Ja jūs neapmierina problēmas un neērtības, kas saistītas ar manu lietotni, atcerieties, ka man nav bijusi nekāda formāla izglītība programmēšanā. Tāpēc es atzinīgi vērtēju padomus un ieteikumus. Jūtieties brīvi saspiest manus GitHub failus.

Ja es veicu jebkādus pielāgojumus GitHub, piemērojiet tos robotam, lejupielādējot failus un nosūtot tos caur rekursīvo SCP uz Pi attiecīgajā vietā. Ja klonējāt Xcode projektu, vienkārši izvelciet izmaiņas. Pretējā gadījumā varat lejupielādēt projektu un izpildīt 11. darbību, lai ierīcē atvērtu lietotni.

Ja jūs ar šo apmācību darāt kaut ko interesantu, lūdzu, dariet man to zināmu komentāros, es esmu ieinteresēts redzēt, kā to var izmantot kā veidni visu veidu aizraujošiem projektiem.