SOLARBOI - רובר סולארי 4G לחקור את העולם !: 3 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

מאז שהייתי צעיר, תמיד אהבתי לחקור. במהלך השנים ראיתי מבנים רבים של מכוניות בשלט רחוק הנשלטות על WiFi, והן נראו מהנות מספיק. אבל חלמתי ללכת הרבה יותר רחוק - לצאת לעולם האמיתי, הרבה מעבר לתחומי הבית שלי, הרחוב שלי, או אפילו הפרבר שלי. השתוקקתי לבנות רובוט שיכול ללכת הרבה מעבר. לשם כך זינקתי רובוט עם מצלמה, חיבור נתונים 4G ומערכת סולארית המסוגלת לאפשר משימות באורך ימים, שבועות ואפילו חודשים. כעת אני משדר באופן קבוע משימות חיות ב- Twitch.tv, ו- SOLARBOI עושה את שלו בניסיון להגיע רחוק יותר לאזור האוסטרלי מכפי שרובוט אי פעם עשה! מטרת SOLARBOI היא להישאר בעיר כפרית אוסטרלית, ולנווט את דרכה החוצה, אל הכפר, והמשך ליעדים נוספים. הוא לא יכול לקבל סיוע חיצוני במשימתו, אחרת הוא נחשב ככושל. היא חייבת לעשות את דרכה, קילומטר על קילומטר, לאורך ימים ושבועות, בהסתמך רק על הטעינה של השמש ורשת ה- 4G לתקשורת בחזרה לבסיס. אמנם יסודות הפרויקט נשמעים קלים, אך קשה מאוד להסיר אותו! מדריך זה משמש להסביר את היסודות של אופן הפעולה של SOLARBOI ולהציג רעיונות כיצד ניתן ליצור פלטפורמת רובוט שיכולה לשרוד בחוץ במשך שבועות ארוכים. זה לא מדריך צעד אחר צעד מדויק כיצד ליצור משלך; במקום זאת, זו נקודת קפיצה שתוכל להשתמש בה כדי לחקור את המבנים והעיצובים שלך.

שלב 1: שלב 1: החומרה

קודם כל, תזדקק לשלדה עבור הרובוט שלך. בעוד רבים מתנסים בעיצובי רובר מודפסים בתלת מימד, בחרתי להשתמש בצעצוע יקר מילדותי. רדיו שאנק RAMINATOR נראה מגניב, עם צמיגים גדולים, הנעה ארבע גלגלים ומתלי עבודה מחוץ לקופסה. למרות שהוא מותאם למהירות על פני מומנט, החלטתי שזה יעשה יפה כבסיס לפרויקט הרובר שלי. לאחר שסילקתי את חומרת RC מסוג צעצוע, החלפתי במנוע ESC מוברש ב- Hobbyking, בזמן שהסרתי את מערך ההיגוי המקורי והחלפתי אותו בסרוו עמיד. סוללות ליתיום פולימר הותקנו כדי לתת ל- SOLARBOI את הכוח לנהוג במשך שעות בכל פעם.

כשהמכניות אינן מהדרך, פיקוד ושליטה הם השיקול העיקרי הבא. בשביל זה, התמקמתי ב- Raspberry Pi Zero. הוא נועד ללגום כמות קטנה של אנרגיה, הוא תואם לציוד היקפי USB והוא מושלם לפרויקט המחובר לאינטרנט. כבונוס, זה עובד היטב עם ציוד ההיקפי של מצלמת Raspberry Pi, המפתח לתת לנו מבט על סביבת הרובוט כשאנחנו בחוץ בשטח. בחרתי בעדשת מצלמת עין דג עבור SOLARBOI, מה שנותן לנו תצוגה רחבה ויפה כדי לסייע בניווט בעולם כולו. לחיבור חזרה לבסיס הבית, אנו מסתמכים על דונגל 4G, שנותן לנו את רוחב הפס הגבוה הדרוש לנו כדי לשלוח פקודות לרובוט ולקבל חזרה וידאו.

אנרגיה סולארית היא המפתח למשימת SOLARBOI, ומכאן השם. פאנל סולארי בגודל 20W מצויד בכדי להפיק את המרב מהשמש הזמינה, אפילו בימים מעוננים יותר מהשמש. הוא משמש להטענת הסוללות במהלך היום, כך ש- SOLARBOI תוכל לנהוג בלילה, הרחק מעיניים סקרניות ומעסיקים זדוניים. ברור שגם אם ה- Pi Zero עם צריכת חשמל נמוכה מפעיל את התוכנית, לא נוכל להשאיר אותו פועל כולו בפעם אחרת היינו מרוקנים את הסוללות מהר מדי. לכן, רוב הזמן צריך לכבות את הפי, אך להדליק אותו במרווחי זמן קבועים כדי לדווח על עמדת SOLARBOI, ולאפשר לנו להיכנס ולהניע את הרובוט כאשר נרצה. כדי להשיג זאת, Arduino Pro Micro מפעיל תוכנית מיוחדת שמפעילה את SOLARBOI במשך 5 הדקות הראשונות של כל שעה. אם ניכנס לרובוט מ- Mission Control, הוא יישאר דולק ויאפשר לנו לבצע את המשימה. אם הוא אינו מזהה חיבור, הוא מניע את ה- Raspberry Pi בחזרה כדי לחסוך באנרגיה ולהפיק את המרב מהאנרגיה הסולרית הזמינה. GPS משמש גם כדי לוודא ש- Mission Control תמיד מודע למיקום SOLARBOI. נהיגה בכפר באישון לילה, יכול להיות קשה מאוד לנווט לפי רמזים ויזואליים בלבד. לפיכך, ה- GPS מאפשר לנו לשמור על תיקון במיקום הרובוט ולהגיע ליעדים עמוק לתוך אוסטרליה האזורית.

שלב 2: שלב 2: התוכנה

ברור שהכל טוב ויש לנו רובר, אבל הוא צריך תוכנה כדי לגרום לזה לעבוד. התוכנה של SOLARBOI נמצאת בפיתוח מתמיד, המאפשרת ביצועים טובים יותר ושיפור קלות השימוש לאורך זמן.

הרובר משתמש ב- Raspbian, מערכת ההפעלה המוגדרת כברירת מחדל של ה- Raspberry Pi Zero. Mission Control פועל ב- Windows. זה גורם לבעיות מסוימות בשירותי לינוקס שונים שצריכים להיות מותקנים במיוחד ב- Mission Control. אולם בסופו של דבר, התקנה זו אפשרה לנו לנסוע קילומטרים רבים ומוצלחים עם SOLARBOI, ועושה את העבודה היטב. הסרטון מוזרם מהרובוט בחזרה ל- Mission Control באמצעות Gstreamer. זה קשה לשימוש, ולא מתועד היטב למתחילים. עם זאת, הוא מאפשר לנו לקבל זרם אודיו ווידיאו בעל השהייה נמוכה מהרובוט, שהוא מספיק טוב בשביל לנו לנהוג בלי יותר מדי בעיות. נשירה אכן מתרחשת, ויש פיגור, אבל כשאתה בונה רובוטים ראשונים בעולם כדי לחקור את הכפר, אתה עושה את המיטב ממה שיש לך! ההזרמה מתבצעת ב- H264 מקורי ממצלמת Raspberry Pi, כדי להימנע מעומס רב מדי על ה- Pi Zero על ידי קידוד על מהירות. השליטה ברובוט היא באמצעות קוד Python מותאם אישית, עם ארכיטקטורת שרת/לקוח. באמצעות ספריות כמו PiGPIO ו- Servoblaster, אנו יכולים בקלות לשלוט במערכת ההנעה של הרובוט ובפונקציות אחרות בזמן אמת. ההתקנה היא דבר פשוט, הודות למערכת האקולוגית של Raspberry Pi המפותחת.

אנו משתמשים במגוון ספריות ב- Python כדי להציג טלמטריה על המסך. החשוב ביותר הוא MatPlotLib, המתווה את תרשימי הסוללות שלנו ב- Mission Control המאפשרים לנו לעקוב אחר הביצועים של SOLARBOI במהלך משימה חיה.

שלב 3: שלב 3: הדברים שאתה לומד רק בשטח

אף תוכנית לא שורדת מגע ראשון עם האויב, כמו שאומרים. בדיוק בצורה כזו, SOLARBOI עברה ניסיונות רבים בניסיונותיה לנווט לתיבת טלפון מיושנת עמוק בכפר ניו סאות 'ויילס הכפרית. אלה הם לקחים שאפשר ללמוד רק בשטח, ולמדנו בדרך הקשה. התייחסות לחשיבות היא חשובה. אם הרובוט בולט מסביבתו, ניתן למצוא אותו בקלות על ידי עוברים ושבים בזמן הטעינה במהלך היום. בשל גודלה הקטן והמשקל של הפלטפורמה, ניתן היה לגנוב או להרוס את SOLARBOI ובכך להיכשל במשימתו. זהו סיכון שאנו לוקחים בכל פעם שאנו פורסים בטבע. כדי להקל על זה, SOLARBOI צבוע בגימור משובץ ירוק בניסיון להשתלב פנימה. מציאת מקום בטוח להטענה עם הרבה אור שמש אך ראות מינימלית היא אתגר מתמשך. בדרכו. היו לנו בעיות בעבר להיתקע על סלעים או להתנגש בעצים קטנים. לרוב, מדובר במצלמה עם שדה ראייה ירוד, רמות אור נמוכות בלילה ועייפות קיצונית מצד המפעיל. השדרוגים שלנו לפנסים טובים יותר ועדשות עין הדג נועדו להדוף את הבעיה הזו בעתיד. התקדמות איטית ויציבה, במקום מהירות מוחלטת, היא גם מנטרה טובה לחיות בה כדי להימנע מהתנגשות בחפצים בעת נסיעה עם עיכוב וידיאו של 500ms. הפריסה הפשוטה בארץ מביאה לבעיות משלה. המשמעות היא שהחומרה של SOLARBOI חייבת להיות בכושר מעולה, שמא נסיעה של שעות רבות לאזור הפריסה תהיה לשווא. זה עלה לנו הרבה דלק וזמן במשימות בעבר, ומשהו שאנחנו מתכוונים להימנע ממנו עם בדיקות קפדניות בעתיד. עם זאת, יש לשקול זאת בעת פריסת רובוט רחוק. לבסוף, מתקנים טובים במשימת השליטה הם חובה. הקפאין חייב להיות בהישג יד כדי לשמור על הצוות חד וערני, כמו גם מים כדי לשמור על לחות תקינה. טלמטריה ברורה ומעודכנת עוזרת גם לאבחון מהיר של בעיות, והזנת וידאו באיחור נמוך ללא נשירה היא הטובה ביותר לנהיגה חלקה במדבר האוסטרלי. זה גם מאפשר לנהג להפיק את המרב מהמהירות של SOLARBOI, במידת הצורך, להתחמק ממכוניות חולפות, חיות בר, או של שאקלטון החתול, שאותו פגשנו במשימה 1. בסך הכל, ל- SOLARBOI יש עוד הרבה מה לעשות במשימות עתידיות, ובאופן אידיאלי, היא תבלה חודשים רבים בשטח לחקור מרחוק. כדי לעקוב אחר המסע של SOLARBOI, עקוב אחר ב- Twitch.tv וביוטיוב ותהנה מהמשימות שלהלן! כמו תמיד, יהיו עוד הרפתקאות צפויות כאשר SOLARBOI מתפתח ונוסע עוד ועוד מהבית!