SOLARBOI - 4G solarni rover za istraživanje svijeta!: 3 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Od malih nogu uvijek sam volio istraživati. Tijekom godina vidio sam mnoge konstrukcije automobila s daljinskim upravljanjem kojima se kontrolira putem WiFi -a, i izgledali su dovoljno zabavno. Ali sanjao sam da idem toliko dalje - u stvarni svijet, daleko izvan granica moje kuće, moje ulice, pa čak i mog predgrađa. Čeznuo sam za izgradnjom robota koji bi mogao ići daleko dalje. Da bih to učinio, izmislio sam robota opremljenog kamerom, 4G podatkovnom vezom i solarnim sistemom za napajanje sposobnim za dane, sedmice ili čak mjesece. Sada redovito emitiram misije uživo na Twitch.tv -u, a SOLARBOI čini svoju ulogu u pokušaju da ode dalje u australijsko selo od bilo kojeg robota do sada! SOLARBOI -jev cilj je biti ostavljen u australijskom seoskom gradu i kretati se prema izlazu, u selo i na dalje destinacije. U svojoj misiji ne može primati vanjsku pomoć, u protivnom se smatra da nije uspjela. Mora se probijati, kilometar po kilometar, danima i sedmicama, oslanjajući se samo na sunce za punjenje i 4G mrežu za komunikaciju do baze. Iako osnove projekta zvuče jednostavno, izvođenje je nevjerojatno teško! Ovaj vodič služi za objašnjenje osnova rada SOLARBOI -a i predstavljanje ideja o tome kako najbolje stvoriti robotsku platformu koja može preživjeti na otvorenom tjednima. To nije tačan priručnik korak po korak o tome kako stvoriti vlastiti; umjesto toga, to je polazna tačka koju možete koristiti za istraživanje vlastitih građevina i dizajna.

Korak 1: Korak 1: Hardver

Prije svega, trebat će vam šasija za vašeg robota. Dok su mnogi eksperimentirali s 3D printanim dizajnom rovera, od djetinjstva sam odlučio koristiti dragu igračku. Radio Shack RAMINATOR izgledao je super, s velikim gumama, pogonom na sva četiri kotača i radnim ovjesom iz kutije. Iako je optimiziran za brzinu preko zakretnog momenta, odlučio sam da bi ovo bilo dobro kao osnova mog projekta rovera. Nakon što sam izvadio RC hardver igračke, zamijenio sam Hobbyking brušeni ESC za motor, dok sam uklonio originalnu postavku upravljača i zamijenio je izdržljivim servom. Ugrađene su litij -polimerske baterije kako bi SOLARBOI -ju dale moć da vozi satima.

S obzirom na to da mehanika nije na putu, naredba i kontrola sljedeće su važno razmatranje. Zbog toga sam se odlučio za Raspberry Pi Zero. Dizajniran za ispijanje male količine energije, kompatibilan je s USB perifernim uređajima i savršen je za projekte povezane s internetom. Kao bonus, dobro funkcionira s perifernom kamerom Raspberry Pi, ključnom za to da nam pruži pogled na okruženje robota dok smo na terenu. Odabrao sam objektiv fotoaparata s ribljim okom za SOLARBOI, pružajući nam lijep i širok prikaz za lakše snalaženje u svijetu. Za povezivanje s kućnom bazom oslanjamo se na 4G ključ koji nam daje veliku propusnost koja nam je potrebna za slanje naredbi robotu i primanje video zapisa natrag.

Solarna energija je ključna za SOLARBOI -jevu misiju, otuda i naziv. Solarni panel od 20 W opremljen je tako da maksimalno iskoristi sunčevu svjetlost, čak i u danima koji su više oblačni nego sunčani. Koristi se za punjenje baterija danju, tako da SOLARBOI tada može voziti noću, daleko od znatiželjnih očiju i zlonamjernih ometača. Očigledno, čak i ako Pi Zero male snage vodi emisiju, ne možemo ga ostaviti da radi cijeli drugo vrijeme bismo prebrzo praznili baterije. Dakle, Pi je potrebno većinu vremena isključiti, ali uključivati u redovitim intervalima kako bi prijavio položaj SOLARBOI -a, te nam omogućiti da se prijavimo i upravljamo robotom kad želimo. Da bi se to postiglo, Arduino Pro Micro pokreće poseban program koji uključuje SOLARBOI prvih 5 minuta svakog sata. Ako se prijavimo na robota iz kontrole misije, on će ostati uključen, omogućavajući nam izvršavanje misije. Ako ne otkrije vezu, napaja Raspberry Pi kako bi uštedio energiju i iskoristio solarnu energiju na najbolji način. GPS se također koristi kako bi se osiguralo da kontrola misije uvijek zna položaj SOLARBOI -ja. Vozeći selom u gluho doba noći, može biti vrlo teško snalaziti se samo vizualnim znakovima. Tako nam GPS omogućuje da zadržimo fiksnu lokaciju robota i postignemo svoje ciljeve duboko u regionalnoj Australiji.

Korak 2: Korak 2: Softver

Očigledno je da je sve u redu imati rover, ali za rad je potreban softver. SOLARBOI -jev softver je u stalnom razvoju, omogućavajući bolje performanse i poboljšavajući jednostavnost upotrebe s vremenom.

Rover koristi Raspbian, zadani OS Raspberry Pi Zero. Mission Control radi na Windows -u. To uzrokuje neke probleme s raznim pomoćnim programima Linux koji se moraju posebno instalirati u Mission Control. Na kraju, međutim, ova postavka nam je omogućila da pređemo mnoge uspješne kilometre sa SOLARBOI -om, i posao obavlja dobro. Videozapis se prenosi s robota natrag u kontrolu misije putem Gstreamera. Teško je za korištenje i nije dobro dokumentirano za početnike. Međutim, to nam omogućuje da imamo audio i video prijenos s malim kašnjenjem od robota koji je dovoljno dobar za vožnju bez previše problema. Osipanja se događaju, i postoji izvjesno zaostajanje, ali kada pravite prve svjetske robote za istraživanje sela, najbolje ćete iskoristiti ono što imate! Streaming se vrši na izvornom H264 iz Raspberry Pi kamere, kako bi se izbjeglo preveliko opterećenje na Pi Zero transkodiranjem u hodu. Kontrola robota je putem prilagođenog Python koda, sa arhitekturom server/klijent. Koristeći biblioteke poput PiGPIO i Servoblaster, lako smo u mogućnosti kontrolirati pogonski sistem robota i druge funkcije u stvarnom vremenu. Instalacija je jednostavna, zahvaljujući dobro razvijenom ekosistemu Raspberry Pi.

Koristimo razne biblioteke u Pythonu za prikaz telemetrije na ekranu. Najvažniji je MatPlotLib, koji prikazuje naše grafikone baterija u Kontroli misije koji nam omogućavaju da pratimo performanse SOLARBOI -a tokom misije uživo.

Korak 3: Korak 3: Stvari koje naučite samo na terenu

Nijedan plan ne preživljava prvi kontakt s neprijateljem, kako kažu. Upravo na takav način, SOLARBOI je prošao kroz mnoga ispitivanja u pokušajima da se prebaci do staromodne telefonske kutije duboko u ruralnom Novom Južnom Walesu. Ovo su lekcije koje se često mogu naučiti samo na terenu, a one smo naučili na teži način. Skrivenost je primarna briga. Ako se robot izdvaja iz okoline, prolaznici ga lako mogu pronaći dok se puni tokom dana. Zbog male veličine i težine platforme, SOLARBOI bi se mogao lako ukrasti ili uništiti, čime bi propala njegova misija. Ovo je rizik koji preuzimamo svaki put kad se rasporedimo u divljini. Kako bi se to ublažilo, SOLARBOI je obojen u zelenu tamnu boju u pokušaju da se uklopi. Pronalaženje sigurnog prostora za punjenje sa puno sunčeve svjetlosti, ali minimalnom vidljivošću, stalni je izazov. Uprkos čvrstim vjerodostojnostima izvan terena, SOLARBOI ne može prevladati svaku prepreku na svom putu. U prošlosti smo imali problema sa zaglavljivanjem o stijene ili sudarima sa malim drvećem. Uglavnom se to događa zbog kamere sa lošim vidnim poljem, niskim nivoom svjetlosti noću i ekstremnim umorom od strane operatera. Naše nadogradnje na bolje farove i objektive riblje oko imaju za cilj spriječiti ovaj problem u budućnosti. Spor i stabilan napredak, a ne potpuna brzina, također je dobra mantra za izbjegavanje sudara u objekte dok se vozite sa kašnjenjem videa od 500 ms. Jednostavno postavljanje u zemlji donosi svoje probleme. To znači da SOLARBOI -jev hardver mora biti u vrhunskom stanju, kako put od nekoliko sati do područja za razmještanje ne bi bio uzaludan. Ovo nas je koštalo mnogo benzina i vremena u prošlim misijama, a nešto što namjeravamo izbjeći rigoroznim testiranjem u budućnosti. Ipak, to je nešto što treba uzeti u obzir prilikom postavljanja robota daleko. Konačno, dobri objekti u Mission Control -u su neophodni. Caffiene mora biti pri ruci kako bi posada bila oštra i budna, kao i voda za održavanje odgovarajuće hidratacije. Jasna i ažurirana telemetrija takođe je korisna za brzu dijagnostiku problema, a video feed sa malim kašnjenjem bez ispadanja najbolji je za nesmetanu vožnju u australijskoj divljini. Ovo takođe omogućava vozaču da maksimalno iskoristi brzinu SOLARBOI-ja, gdje je to potrebno, kako bi izbjegli automobile u prolazu, divlje životinje ili Mačka Shackletona, koje smo upoznali u Misiji 1. Sve u svemu, SOLARBOI ima još mnogo toga za ići u budućim misijama, a idealno je da će provesti mnogo mjeseci na terenu istražujući nadaleko. Da biste pratili SOLARBOI -ovo putovanje, pratite ga na Twitch.tv -u i Youtube -u i uživajte u misijama ispod! Kao i uvijek, bit će još avantura koje će se dogoditi kako se SOLARBOI bude razvijao i putovao sve dalje od kuće!