Джобен шпионски робот: 5 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Скучно по време на блокиране? Искате да изследвате тъмното царство под дивана в хола? Тогава шпионският робот с джобен размер е за вас! С височина само 25 мм, този малък робот е способен да се впуска на места, твърде малки за хората, и да връща обратно всичко, което вижда чрез удобно приложение за телефон!

Изисквания:

Опит на средно ниво в електрониката

Основни познания за питон и малиново пи

Голямо количество време

Консумативи

Части:

• Raspberry pi Zero W (Не WH, тъй като няма да използваме предоставените заглавки)
• Малина pi камера
• SD карта за Pi (8 GB или повече е най -доброто)
• 2x 18650 батерии и държач (Тъй като веригата за зареждане не е вградена в зарядно устройство, също помага да се помогне!)
• 2x 300RPM 6V микроредуктори
• L293D контролер на двигателя
• LM7805 Регулатор на напрежение
• 22μF кондензатор
• 10μF кондензатор
• 2,54 мм SIL заглавни щифтове и гнезда (2 x 8 дълги секции на всеки)
• 2,54 мм 90-градусови ъглови щифтове за заглавки
• 10x M3 x 8mm болтове с потапяне
• 4x M3 x 12mm болтове с потапяне
• 14x найлонови гайки M3
• Комплект съединители Dupont (може и без, но прави живота много по -лесен)
• 5 мм х 80 мм алуминиев или стоманен прът
• Различни проводници
• Дъска за запояване

Инструменти:

• Поялник и спойка
• Набор от файлове
• Разнообразни отвертки
• Занаятчийски нож от някакъв вид
• Супер лепило
• Резачки за тел
• Машини за сваляне на тел
• Комплект електрически бормашини и накрайници (3 мм и 5 мм ще се използват за почистване на отворите в отпечатъка)
• 3D принтер (въпреки че може да се отпечатат частите и да се изпратят до вас от някоя от многото такива услуги)
• Мини ножовка
• Мултиметър
• Електрическо тиксо

Стъпка 1: Изграждане на шасито

Осъзнах доста рано, че макар че лентата с гафер е невероятна, тя вероятно не трябва да се използва за изработване на здраво шаси, така че 3D печатът беше следващият очевиден избор (В един момент ще го извадя, веднага щом Ще го кача.) Частите са проектирани така, че да бъдат залепени заедно с взаимосвързаните секции, видими на снимките по -горе, тъй като използвам принтер Elegoo Mars, който произвежда красиви отпечатъци, но за съжаление има доста малка плоча за изграждане. Тук влизат файловете и суперлепилото, краищата, отбелязани по -горе, ще трябва да се изпилят, докато прилепнат плътно в прорезите на следващото парче, установих, че тъй като 3D принтерите не са перфектни, това е най -добрият начин да получите перфектно прилягане. Така че след като подаването приключи, залепете частите заедно! (Само не пръстите ви, както научих един твърде много пъти) Когато залепвате частите, препоръчвам да ги поставите върху равна повърхност, за да сте сигурни, че са изправени. (Претеглянето им може да помогне за това)

Няколко отвора ще се нуждаят от пробиване с 5 мм бит (отбелязано на петото изображение), това трябва да се направи изключително внимателно или с помощта на кръгла пила, за да се сведе до минимум рискът от счупване на детайла. За да се улесни сглобяването по -късно, всички 3 мм отвори в шасито трябва да се пробият с 3 мм накрайник, за да се гарантира, че болтовете пасват добре. Също така, в основата на шасито има поредица от шестоъгълни изрези, в които найлоните могат да се поберат, струва си да използвате малък файл, за да ги разширите, ако гайките не се вписват лесно. Открих, че е много по -добре да се проектира с точен размер, след което да се премахне материал, където е необходимо, тъй като това води до най -доброто прилягане.

Части за печат:

• Шаси1.stl
• Шаси2.stl
• Шаси3.stl
• Шаси4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x колело1.stl
• 2x колело2.stl
• top.stl

Стъпка 2: Веригата

Тъй като целият смисъл на проекта е компактен, схемата за захранване на самия pi и двигателите е вградена в една платка, която седи върху pi подобно на HAT, свързвайки се чрез врязване в заглавки, запоени върху GPIO. Тъй като двигателите са доста малки и няма да изискват много ток, използвах L293D двоен мостов контролер с H-мост, за да ги захранвам, тъй като GPIO на Pi може да се повреди, ако се използва за задвижване на двигатели (обратно ЕМП и такива, както и свръхток). Двойният H-мост използва набор от NPN и PNP транзистори, така че ако транзисторите Q1 и Q4 се захранват и по този начин позволяват преминаването на ток, двигателят ще се върти напред. Ако Q2 и Q3 се захранват, токът тече през двигателя в обратна посока и го завърта назад. Това означава, че двигателят може да се върти в двете посоки без използване на релета или други компоненти и ни позволява да захранваме двигателя отделно към pi, вместо да го изтегляме.

LM7805 осигурява на pi захранването чрез 5v GPIO щифт, но не трябва да се използва за захранване на L293D, тъй като pi може да изисква почти целия 1A изход на 7805, така че е най -добре да не рискувате да го стопите.

Безопасност:

Ако веригата е изградена неправилно и повече от 5v са предоставени на pi, или тя е поставена през различен щифт, pi ще бъде непоправимо повреден. По -важното е, че веригата трябва да бъде внимателно проверена и тествана за къси панталони, особено през входовете на батерията, тъй като LiPo имат склонност да причиняват проблеми, *Кашлица *, експлозии при късо съединение, вероятно трябва да избягвате това. Открих, че най-добрият начин да тествам това е да тествам веригата, като свързвам 4-блок AA батерии към входа и измервам изходното напрежение с мултиметър. Както и да е, нещата за безопасност свършиха, нека направим малко запояване!

Платката трябва да бъде изградена съгласно схемата по -горе и в подобна конфигурация с моята схема, тъй като това оформление приляга добре върху пи и все още не е взривило LiPos (стискаме палци). Важно е следният ред да се спазва, тъй като проводниците ще бъдат насочени близо до или над други проводници и щифтове, този ред означава, че тези проводници се извършват последни, за да се избегнат къси съединения. При запояване върху щифтовете на хедера е важно да ги поставите в резервна част на хедера, за да сте сигурни, че не се движат при нагряване.

Стъпки:

1. Нарежете дъската до размера и подрежете ръба на изрязване гладко (моят използва 11 реда на 20 реда и полезно има букви и цифри, за да ги кодира) Ще дам позициите на щифтове на дъската с тази координатна система, за да улесня живота. Тъй като дъската е двустранна, аз ще посоча страната, обърната към пи, като страна „В“, а страната далеч от пи като страна „А“.
2. Запоявайте L293D и LM7805 на място, горният ляв щифт L293D се намира от страна на В в позиция C11. LM7805 ще се нуждае от извиване на изходните си щифтове, така че металната задна страна на чипа да лежи плътно до платката, а левият щифт трябва да е в позиция P8.
3. Запоявайте щифтовете на заглавката на място, първо трябва да избутате по -късата страна на щифтовете през черния блок, докато те са плоски до върха на споменатия блок. Те трябва да бъдат избутани от страната А с долния десен ъгъл в отвор Т1 и запоени от страната В, както е показано и документирано в изображенията по -горе. Когато това стане, внимателно изрежете черните блокове и поставете 2 -те реда щифтове в съответните заглавки, които все още не трябва да бъдат запоени към pi, те гарантират, че щифтовете не се движат, когато ги запоявате.
4. След това запоявайте щифтовете на двигателя и акумулатора, 4 широки за двигателя и 2 широки за батерията. Щифтовете на акумулатора трябва да бъдат поставени в слотове J4 и K4 от страната B, щифтовете на двигателя между L2 и O2 от страната B.
5. Сега двата кондензатора се нуждаят от запояване, и двата от страната В. Анодът (положителният крак) на 22μF кондензатора трябва да бъде в гнездо P10 от страната B и трябва да бъде запоен към P8 с останалата част от крака, преди да се отрежат всички останали. Катодът (отрицателен крак) трябва да се постави през слот P11 и да се огъне, както се вижда на изображението, за да се свърже с P7 (катодът на 7805). Анодът на 10μF кондензатор трябва да бъде поставен през слот P4 и кракът да бъде запоен към щифт P9, катодът трябва да бъде поставен през слот P3 и свързан към P7 по същия начин като другия кондензатор.
6. Свързващите проводници трябва да преминават по пътищата, които се виждат на горните изображения, така че за да спестя време за четене, съм съставил списък с щифтовете, които трябва да бъдат свързани с тях, по ред и с посочени страни, посочената страна е страната, на която изолираната част на проводника се намира на. Координатите ще бъдат форматирани така, че първата буква означава страна, последвана от координатата. Например, ако трябваше да свържа щифт L293D към изход, същата дупка, която щифтът използва, не може да се използва, така че съседният отвор би бил, щифтът, към който се свързва проводникът, ще бъде поставен от двете страни на отворите, през които преминават. Това би изглеждало като B: A1-A2 до G4-H4, като проводникът преминава през отвори A2 и G4. Забележка: В моите снимки страната A няма букви, приемете, че това ще бъде отляво надясно.
7. Тъй като вече сте извадили поялника, сега е подходящ момент за запояване на проводниците на двигателя и акумулатора, бих препоръчал около 15 см за проводниците на двигателя, които трябва да бъдат запоени хоризонтално към задната плоча на двигателя, за да се спести място, снимка на това е по -горе. Необходими са конектори от другия край на проводниците на двигателя, препоръчвам да поставите малко количество спойка в тях след кримпване, за да осигурите стабилна връзка. Червеният проводник от единия държач на батерията трябва да бъде запоен към черния проводник на другия, оставяйки около 4 см между двата, другите два проводника се нуждаят от около 10 см всеки, но вместо това се нуждаят от конектор, прикрепен към края, за да се свържат към платката.

Електрически инсталации:

1. B: C4-B4 до F11-G11
2. В: С9-В9 до О1-О2
3. B: G11-H11 до K5-K4
4. B: F9-G9 до M1-M2
5. B: F8-G8 до I4-J4
6. B: F6-G6 до L1-L2
7. B: K4-L4 до O10-P10
8. B: F7-H7 до N7-O7
9. От страна на A всички проводници са запоени от тази страна, не се преминават проводници, така че са необходими само 2 координати.
10. О: О4 до О2
11. О: от O5 до N2
12. О: от O10 до М2
13. О: от O7 до P2
14. О: R4 до Q2
15. О: Всички заземяващи щифтове O7, O8, R7 и R8 трябва да бъдат свързани.
16. О: Е7 до К4
17. О: от O1 до R10
18. О: M1 до R11
19. О: Е4 до Т1
20. О: G2 до R6

Бих препоръчал да проверите това спрямо горната електрическа схема, за да осигурите правилното окабеляване, преди да тествате. Тестването на веригата трябва да се извърши с многометров набор за тестване на свързаността, щифтовете, които трябва да бъдат проверени, са както следва, но ако вече сте компетентни с електрониката, тогава тествайте колкото можете. За да проверите: Входните щифтове на батерията, щифтовете на двигателя, всички щифтове на заглавката за pi и входът и изходът 7805 срещу земята.

Стъпка 3: Настройване на Pi

В този урок предполагам, че вашият pi вече е настроен с изображение и е свързан с интернет, ако настройвате pi за първи път, предлагам ви да използвате следното ръководство от техния уебсайт, за да инсталирате изображението:

www.raspberrypi.org/downloads/

Открих, че животът е много по -лесен, ако човек може да работи с pi, докато е все още в робота, но тъй като HDMI портът е блокиран със застой, отдалеченият работен плот е следващото най -добро нещо. Това е доста лесно за настройка с помощта на пакет, наречен xrdp и RDP протокол на Microsoft (вграден в Windows, така че няма фафинг в този край).

За да настроите xrdp, първо се уверете, че вашият pi е актуализиран, като изпълните командите „sudo apt-get update“и „sudo apt-get upgrade“. След това изпълнете командата 'hostname -I', която трябва да върне локалния IP адрес на pi и сте готови! Натиснете клавиша windows на вашия компютър и отворете програма, наречена „Връзка с отдалечен работен плот“, след което въведете IP адреса на вашето pi в полето Computer, последвано от потребителското име „pi“, ако не сте го променили, натиснете enter и връзка ще се установи с пи.

Първият пакет, от който се нуждаете, е за камерата, тъй като това не е моята област на експертиза, добавих връзка към официалното ръководство за това, което ми работи перфектно.

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

След като следвате това ръководство и инсталирате софтуера по -горе, сте готови да преминете към следващата стъпка!

Стъпка 4: Кодът

Първо на първо място с кода, програмирането далеч не е любимата ми част от роботиката, така че, докато програмата е напълно функционална, структурата несъмнено не е перфектна, така че ако забележите някакви проблеми с нея, наистина ще съм благодарен за обратна връзка!

Изтеглете прикачения python файл към вашето pi и го поставете в папката Documents, след това отворете терминал, за да започнете настройката за автоматично стартиране. За да сме сигурни, че няма нужда да отдалечавате работния плот до pi всеки път, когато искате да използвате робота, можем да настроим pi така, че да стартира програмата при стартиране. Стартирайте настройката, като въведете „sudo nano /etc/rc.local“в терминала, който трябва да изведе терминален текстов редактор, наречен Nano, превъртете до дъното на файла и намерете реда, казващ „изход 0“, създайте нов ред над това и въведете „sudo python/home/pi/Documents Spy_bot.py &“. Това добавя командата за стартиране на файла python като част от процеса на стартиране, тъй като нашата програма ще работи непрекъснато, ние добавяме „&“, за да раздвоим процеса, позволявайки на pi да завърши зареждането, вместо да циклира тази програма. За да излезете от nano, натиснете ctrl+x и след това y. След като излезете обратно към терминала, въведете „sudo reboot“, за да рестартирате pi и да приложите промените.

Ако двигателите се въртят в грешни посоки, отворете файла Spy_bot.py с текстовия редактор и превъртете до раздела с мотор на кода, който ще бъде етикетиран с инструкции за точните числа за смяна. Ако левият и десният двигатели са разменени, това може да бъде или фиксирано в кода, или чрез смяна на проводниците, ако предпочитате да избегнете разглобяването отново, сменете всички 12 в функцията на двигателя с 13 и всяка 7 за 15.

Кодът е анотиран с подробности за това какво прави всяка секция, така че да може да се променя и разбира лесно.

Стъпка 5: Съберете всичко заедно

Монтиране на двигателите:

След като вече сте залепили шасито и сте настроили pi, вече сте готови да сглобите робота! Най -доброто място за начало е с двигателите, техните държачи са проектирани така, че да прилепват плътно, така че е вероятно да е необходимо малко подаване на малките вдлъбнатини от вътрешната страна на този, които са обозначени на снимката по -горе. Дупките в края на тях също може да се нуждаят от леко разширяване, така че повдигнатото златно сечение в края на двигателите да се побере вътре в него. След като двигателите могат да се поставят плътно вътре в корпусите, можете да извадите двигателя и да закрепите корпусите в тяхното положение в задния край на робота, като използвате болтовете M3 x 8 мм и найлоните, след което поставете двигателите обратно на местата си.

Прикачване на електроника:

След това държачите на батериите и малиновото пи могат да бъдат закрепени с болтове M3 x 8 мм и найлони според снимките, монтажните отвори в pi нулата може да се наложи леко да се разширят, тъй като болтовете ще бъдат стегнати, най -сигурният и най -добрият начин да направите това това е с малък кръгъл файл и много предпазливост. Струва си да поставите проводниците на батерията и двигателя под мястото, където върви пи, тъй като това прави цялата настройка много по -изчистена без разхлабени проводници навсякъде.

Сега е време да добавите камерата, която може да бъде поставена на 4 -те щифта в предната част на шасито, като кабелът й е вече отзад, а другият край на лентовия кабел трябва леко да се сгъне, за да се сложи в порта на камерата на pi, с контактите на кабела надолу, внимавайте да не огъвате грубо лентовия кабел, тъй като те са доста крехки.

Монтиране на горната плоча:

6 -те стойки трябва да са с дължина 19 мм, ако не, тогава една прилична метална пила трябва да свърши работа, когато това е направено, те трябва да бъдат закрепени към горната страна на шасито със свежия край към пластмасата, ако е приложимо. Сега горната плоча може да бъде закрепена към тях, като внимавате леко да сгънете лентовия кабел под него.

Добавяне на колелата:

До последната стъпка, колелата! Двете колела с по -малки централни отвори трябва да бъдат пробити до 3 мм, за да се поберат на валовете на двигателя, но ако вашият 3D принтер е калибриран до високо ниво, това не трябва да е необходимо. Квадратните отвори във всички колела ще трябва да се разширят леко, така че найлопът да може да бъде поставен вътре в тях, когато това се направи M3 x 12 мм и найлопът се нуждае от монтиране във всяко колело и затягане достатъчно, така че главата на болта е на ниво ръба на колелото. Останалите две колела ще трябва да се разширят по същия начин като другите, но вместо това до 5 мм, за да се поберат на оста. След като колелата са подготвени, бих препоръчал да използвате някаква форма на електрическа лента или гумена лента, за да добавите повърхност за захващане към тях, ако се използва лента, около 90 мм са достатъчни, за да се заобиколи веднъж. Задните колела вече са готови за закрепване, най-лесният начин да направите това е да завъртите вала на двигателя така, че плоската повърхност да гледа нагоре, и да закрепите колелото с болта, насочен надолу, оставяйки 1-2 мм между колелото и корпус на двигателя, за да се избегне захващане. Предната ос вече може да се постави през предните блокове и да се прикрепят колелата.

Тази стъпка трябва да завърши проекта, надявам се, че това е било информативно и лесно за следване и най -вече забавно! Ако имате някакви предложения, въпроси или подобрения, които мога да направя, моля, уведомете ме, аз съм много щастлив да отговоря на всички въпроси и да актуализирам тази инструкция, когато е необходимо.