3D печат на Raspberry Pi Zero Robot: 12 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Искали ли сте някога да създадете робот, но просто нямате всички материали за създаването му, без да завършите с ненужно обемисто шаси? 3D принтерите са тук, за да спасят деня! Те не само могат да създават части, които да бъдат съвместими с почти всеки хардуер, но и по много ефективен по отношение на пространството начин. Тук ще ви покажа как да създадете много основен робот, който разполага с 3D отпечатани части, Raspberry Pi Zero и Pi Camera. Бих ви насърчил да приемете и промените това, което направих, за да отговаря на вашите практически или развлекателни нужди. За да контролирам робота и да преглеждам емисията на камерата, създадох приложение за IOS (приложението PiBotRemote), което можете да използвате и променяте. Истинската сила в проекти като този произтича от разнообразието във възможностите както в хардуера, така и в софтуера. Затова бих ви насърчил да проявите креативност и да добавите към това, което направих, в зависимост от това какво знаете да правите. Например, мисля, че би било готино да накараме този робот да използва машинно зрение, за да разпознава заобикалящата го среда и да се придвижва подобно на самоуправляваща се кола.

Стъпка 1: Изисквания

• Материали

  • Задължително (приблизително $ 75)

    • Raspberry Pi Zero W ($ 10)
    • Micro SD карта ($ 8.25)
    • 40 Pin заглавка ($ 3.25)
    • Джъмперни проводници ($ 6.86)
    • USB батерия ($ 5.00)
    • 900 оборота в минута Micro Gearmotor x 2 ($ 12,95 всеки)
    • Шофьор на мотор ($ 4.95)
    • Колела ($ 6.95)
    • 14 мм стоманен сачмен лагер ($ 0,62)
    • Винтове, гайки и стойки (вижте по -долу)

  • По избор (приблизително $ 45)

    • Светодиоди
    • Камера Raspberry Pi ($ 29.95)
    • Адаптер за камера Pi Zero ($ 5.95)
    • Серво мотор ($ 8.95)

  • Инструменти

    • 3D принтер и нишки
    • Компютър (ще използвам mac и ще ви е необходим, ако искате да използвате приложението PiBot Remote)
    • iPhone/iPad/iPod Touch (ако ще използвате приложението)
    • Пробивна машина
    • Отвертка с променливи накрайници

Повече информация за частите

• Pi Zero: Ако искате да използвате Pi Zero само за този проект, ще се справите да работите без глава през цялото време. В противен случай, ако някога искате да свържете HDMI изход или USB периферно устройство, ще трябва да закупите допълнителни адаптери. В този случай най-вероятно е най-рентабилният вариант да закупите комплект Pi Zero, като този ($ 24), който купих от Amazon. Въпреки че все още трябваше да си купя микро SD карта, този комплект идва с Pi Zero, както необходимите адаптери, така и много различни заглавки. Всичко това може да бъде полезно.
• Micro SD карта: Можете да използвате всяка Micro SD карта, стига да има минимум 8 GB място за съхранение.
• Jumper Wires: Харесвам джъмперите като тези, защото идват като свързан пакет. Това ми позволява да отделя, да речем, 9-жичен участък и да свържа добре Pi и драйвера на двигателя.
• USB батерия: Батерията, която купих от Sparkfun, оттогава е спряна. В резултат на това ще трябва да намерите другаде. Този, който свързах, приличаше на моя, но не съм го купил и може да се наложи да промените файловете за печат, за да отговарят на батерията ви. Уверете се, че сте намерили батерия с прикрепен микро USB кабел, тъй като това ви позволява да се включите директно в pi без излишен проводник.
• Шофьор на мотор: Бих препоръчал да използвате водолаза, към който се свързах, тъй като е доста евтин и печатът е проектиран така, че да пасне точно на тази дъска. Освен това други платки могат да функционират по различен начин и може да имате различни резултати.
• 14 мм стоманена топка: Използвах тази топка просто защото случайно имах такава. Чувствайте се свободни да използвате други размери, но може да се наложи да промените размера на гнездото. Топката ще служи като 3 -то колело за нашия робот. Това е една от областите на дизайна на моя робот, която е най -проблемната в момента и би могла да използва най -много подобрения. Въпреки че работи добре на гладки, твърди повърхности, има проблеми с килимите и по -грубите повърхности. Чувствайте се свободни да промените тази област на вашия дизайн.
• Винтове, гайки, стойки: Може да се наложи да поработите малко, за да намерите винтове, които работят за вас. Просто намерих винтовете, монтиращи Pi, както и винтовете, които държат Pi Camera камерата заедно в колекцията от винтове на баща ми. За опорите и гнездата на двигателя използвах тези (2,95 долара) винтове и тези (1,50 долара) гайки, които се предлагат в Sparkfun. Стойките и 8 винта (случайно включих само 4 на снимката), които държат робота заедно, взех от неизползваните комплекти VEX на моето училище.
• Светодиоди: Сигурен съм, че знаете къде лесно можете да намерите някои светодиоди. Изберете цветовете, които искате да представите за функциите: захранване, връзка, път за повторно възпроизвеждане на робота и инструкция за получаване на робота.
• Камера и серво: В зависимост от това, което искате да направите с вашия робот, можете да изберете да не включите камерата и серво, тъй като те не са необходими за основно движение, и да добавите $ 45 към цената на робота.

Стъпка 2: Настройка на Pi Zero

Следвайте тази връзка, за да настроите безглавна инсталация на вашия Raspberry Pi Zero W

• Не забравяйте, че Pi Zero не може да се свърже с 5GHz Wi-Fi мрежа
• Не забравяйте да следвате инструкциите за Raspbian Stretch или по -нова версия

След като успешно се свържете чрез SSH към вашето pi, стартирайте

sudo raspi-config

и променете следните конфигурации:

• Променете паролата си. Много е опасно да оставите паролата по подразбиране малинова. Не забравяйте да запомните тази парола.
• В Мрежови опции променете името на хоста от raspberrypi на нещо по -кратко като pizero или pibot. Ще използвам pibot за останалата част от този урок. Не забравяйте да запомните какво сте поставили тук.
• В Boot options -> Desktop / CLI изберете Console Autologin
• Отидете на опциите за свързване и активирайте камерата

Изберете Край и рестартирайте устройството.

Стъпка 3: Настройте мрежата на AdHoc

Чрез създаване на мрежа AdHoc ще можем да свържем нашето контролно устройство директно с робота без никакви посредници. Това ще позволи по -бързо поточно предаване на видео и по -ниска латентност на контрола. Тази стъпка обаче не е необходима, тъй като всичко ще продължи да работи чрез нормална wifi мрежа.

Първо ще трябва да изтеглите и разархивирате всички необходими файлове от GitHub. В терминала отидете до изтеглената папка и изпратете папката PiBotRemoteFiles на pi с командата:

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

Това изпраща всички необходими файлове към робота, който ще го контролира и настройва мрежата AdHoc. Уверете се, че файловете са в папка, наречена "PiBotRemoteFiles", която се намира на работния плот; в противен случай много неща няма да работят по пътя. Ако ще използвате приложението PiBot Remote, можете да превключвате между нормална Wi-Fi и AdHoc мрежа в настройките на приложението. В противен случай можете ръчно да го промените чрез SSH с една от следните команди:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Разбира се, уверете се, че сте отишли в папката PiBotRemoteFiles, преди да изпълните предходните команди. Всяка промяна между AdHoc и Wi-Fi ще влезе в сила едва след следващото рестартиране. Ако е настроен AdHoc, трябва да видите, че PiBot мрежа се появява, когато Pi Zero се стартира.

Стъпка 4: Добавете светодиод за захранване

Макар и със сигурност ненужно, може да е полезно да има лампа за захранване. За да активирате това, SSH в Pi Zero и изпълнете командата:

sudo nano /etc/bash.bashrc

И добавете следния ред в края на файла:

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

По -късно ще променим GPIO щифта, свързан със светодиода за захранване.

Стъпка 5: Настройка на уеб интерфейс на RPi Cam

За да се включим във видеопотока на Raspberry Pi Cameras, ще използваме RPi-Cam-Web-интерфейс. Информация за този модул можете да намерите тук, а техният код е на GitHub. За да инсталираме модула, първо трябва да актуализираме нашия Pi. Това може да отнеме до около 10 минути.

sudo apt-get update

sudo apt-get dist-upgrade

След това трябва да инсталираме git:

sudo apt-get install git

И накрая можем да инсталираме модула:

git клонинг

RPi_Cam_Web_Interface/install.sh

След като модулът бъде инсталиран, ще се появи прозорец за конфигурация. Ако искате да добавите потребителско име и парола, не забравяйте да използвате същото потребителско име и парола като акаунта на вашия pi. В противен случай приложението PiBot Remote няма да може да получи потока от камерата.

Сега, ако отидете в браузър на устройство в същата мрежа като Pi и ако камерата е свързана с pi, можете да получите потока, като отидете на https://pibot.local/html/#. Интерфейсът RPi позволява лесно управление на камерата и чрез докосване или щракване върху видеоклипа, той може да стане на цял екран. Ще използваме това по -късно с отдалеченото приложение PiBot.

Вече приключихме с настройката на Pi Zero, към забавните неща!

Стъпка 6: Отпечатайте всичко

Въпреки че използвах 3D принтер Dremel с PLA нишка, не се колебайте да използвате вашите собствени принтери и материали. Всички STL файлове са в папката, която сте изтеглили от GitHub. Успях да отпечатам всичко на четири партиди: горната плоча, долната плоча, всички стойки и гнезда и пръстенът. Бъдете креативни в избора на цвят и се възползвайте напълно от възможностите на 3D принтерите. Принтерът ми нямаше двойно екструдиране или някакви подобни изискани функции, но ако имате достъп до такъв принтер, бих препоръчал да отпечатате декорациите в горната част на горната плоча в контрастен цвят. Вероятно ще трябва да напилите и пробиете, за да направите някои парчета подходящи.

Не се колебайте да нарисувате горната плоча, за да направите LED символи и декорации видими.

Може би сте забелязали две стойки в краищата на долната плоча, които приличат на системата за монтаж GoPro. Чувствайте се свободни да ги използвате, за да прикрепите каквото искате към предната или задната част на робота. Във файла на блендера можете да намерите маркер за сухо изтриване, който използвах, както и обект на шаблон, който можете да промените, за да задържи обекта ви.

Също така, не се колебайте да дефинирате посоката като напред; Досега съм сменял поне три пъти.

Стъпка 7: Запояване на заглавките

Въпреки че избрах да запоявам заглавки към PiZero, можете да запоявате проводниците си директно към pi. Ако решите да запоявате заглавки като мен, бих препоръчал да използвате такъв с прав ъгъл като моя. Той поддържа кабелите много по -скрити и прави всичко да изглежда много по -спретнато.

Сега е време да запоите драйвера на двигателя. Долната плоча е проектирана специално за този двигател на Sparkfun и позволява място за заглавката за щифтове да стърчи отдолу. Това позволява лесна смяна на щифтовете на двигателя, така че да можете да сменяте наляво и надясно, напред и назад. Въпреки че сега включвам следната стъпка, силно бих препоръчал да изчакате няколко стъпки, докато разберете колко точно трябва да са вашите проводници. Изрежете 9-жична част от джъмперните щифтове, които са съвместими с щифтовете на заглавката, които току-що сте запоели в пи. Внимателно запоявайте всеки проводник, така че групата да може да лежи заедно и да се увие около батерията. Измерете предварително дължината на проводника, за да не получите твърде малко или твърде много.

И накрая, време е да запоите светодиодите. Залепете ги в съответните им места на горната плоча и сгънете всички заземени щифтове един върху друг. Запояйте един проводник към земята и един проводник към всеки светодиод. Отляво надясно функциите на светодиодите са: мощност на робота, свързаност на приложението към робота, роботът възпроизвежда запазен път и роботът получава инструкции.

Също така запоявайте проводници към всеки двигател, така че да могат да се включат в заглавките, идващи от драйвера на двигателя.

Стъпка 8: Завинтете двигателя и контакта

Първо, поставете всеки двигател в стойката на двигателя. След това поставете всеки винт частично, само докато върхът достигне повърхността на стойката или гнездото. След това за всеки винт задръжте гайка от другата страна на плочата, докато затягате всеки винт. Не забравяйте да поставите лагера между двете гнезда, докато завиете втория. Поставете драйвера на двигателя на място и включете двигателите. Няма значение кой двигател е включен във всеки изход, тъй като можете лесно да го промените, след като роботът е готов и работи.

Стъпка 9: Подгответе камерата и серво

Включете адаптерната лента Pi Zero в камерата и завийте кутията на камерата заедно. Поставете сервопривода на мястото му. Можете да пробиете отворите за винтове за серво, но той е достатъчно плътно. Прикрепете камерата към сервото по какъвто начин намерите за най -добър. В момента имам два отвора в стойката, със скоба, преминаваща през серво клаксона и корпуса на камерата. Това обаче оставя много място за раздвижване, така че може да искате да използвате супер лепило. Насочете камерата в желаната от вас посока и завийте серво клаксона на място. Поставете лентата на камерата през процепа до малината и я включете в pi. Накрая сгънете лентата, за да я държите плоска срещу батерията.

Стъпка 10: Съберете всичко заедно

Най -накрая е време всичко да стане едно цяло. Включете проводниците от светодиодите, драйвера на двигателя и серво в Pi по такъв начин, че да използвате само валидни щифтове, но да ги държите близо до изхода им. След това поставете проводниците през техните слотове и завийте пи на място. Това е проектирано така, че да поддържа добре нещата, така че не се отказвайте, когато изглежда, че няма достатъчно място за тези големи щифтове.

Завийте всяка стойка в долната плоча, така че да е сигурна. Поставете батерията и се уверете, че захранващият кабел може да влезе през слота и в порта за захранване на Pi Zero. Увийте проводниците на драйвера на двигателя около него и поставете пръстена около всичко. След като сте стиснали всички проводници в пространството между батерията и горната плоча, малък ръб на долната плоча в пръстена и двете високи точки на пръстена в горната плоча. Вече можете да завиете горната плоча здраво и сте изградили своя робот!

Стъпка 11: Отворете Xcode Project

Следващите няколко стъпки се прилагат само ако ще използвате приложението PiBot Remote, което изисква Mac и IOS устройство.

Тъй като съм евтин и нямам платен акаунт за разработчици на Apple, мога да споделя само проекта Xcode, а не самото приложение. След това можете сами да отворите проекта, да промените подписа и да го стартирате на собственото си устройство.

Ако все още нямате Xcode, изтеглете го от магазина за приложения на вашия Mac. След като Xcode се зареди, изберете „Отваряне на друг проект“в долния десен ъгъл и отворете папката „PiBot Remote“в изтеглянето на GitHub.

След като проектът се отвори, щракнете върху основния файл в изгледа вляво, наречен "PiBot Remote".

Променете „Идентификатора на пакета“на нещо уникално. Можете да замените името ми с вашето или да добавите нещо до края.

Променете екипа в свой личен акаунт. Ако нямате такъв, изберете „Добавяне на акаунт“.

Натиснете command-B за изграждане и се надявайте, че всичко работи правилно. След като успешно изградите проекта, включете устройството си в компютъра. Щракнете върху бутона вдясно от бутоните за възпроизвеждане и спиране в горния ляв ъгъл и изберете вашето устройство.

Натиснете command-R и приложението трябва да се стартира на вашето устройство. Устройството ви може да се наложи да потвърди самоличността, преди да се стартира, и само в този момент ще се нуждае от достъп до интернет.

Стъпка 12: Окончателни корекции

Можете да регулирате номерата на пиновете за всичко, с изключение на светодиода за захранване в приложението PiBot Remote. За да промените щифта за светодиода за захранване, SSH в PI и изпълнете командата:

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

Променете двата екземпляра на 36 на който и да е GPIO пин, който сте използвали. След това натиснете control-X, y, enter.

Приложението и сървърът са склонни към грешки. Използвайте конзолата в режим на отстраняване на грешки, за да разберете какво се случва. Ако се съмнявате, опитайте да рестартирате Pi и/или да рестартирате приложението. Понякога след грешка в кода приложението не може да се свърже отново, тъй като адресът вече се използва. В този случай просто сменете порта и приложението трябва да се свърже.

Също така, когато шофирате робота с ускорителя на вашето устройство, трябва да използвате някои неудобни жестове за калибриране, спиране/стартиране, настройка на камерата и показване/скриване на лентата с раздели

• Калибриране: Докоснете и задръжте с два пръста за 0,5 секунди (ако устройството ви го поддържа, ще почувствате хаптична обратна връзка, след като устройството е калибрирано
• Регулиране на камерата: Най -сложният жест, направете описаното по -горе, за да калибрирате, след това плъзнете пръстите си нагоре, за да преместите камерата нагоре, и плъзнете надолу, за да преместите камерата надолу. Регулирането ще бъде направено, след като вдигнете пръстите си.
• Превключване Стоп/Старт: Когато отидете в изгледа на акселерометъра, роботът първоначално е настроен да игнорира командите за движение. За да превключите тази настройка, докоснете два пъти с два пръста.
• Показване/скриване на лента с раздели: За да активирате гледане на цял екран, докато шофирате с акселерометър, лентата с раздели автоматично ще се скрие след няколко секунди. За да го покажете отново, плъзнете нагоре. За да го скриете, плъзнете надолу.

Ако се разочаровате от проблемите и неудобствата, свързани с моето приложение, просто не забравяйте, че нямам официално образование по програмиране от всякакъв вид. Затова приветствам съвети и предложения. Чувствайте се свободни да форкирате моите GitHub файлове.

Ако направя някакви корекции в GitHub, приложете ги към робота, като изтеглите файловете и ги изпратите чрез рекурсивен SCP до Pi на съответното място. Ако сте клонирали проекта Xcode, просто изтеглете промяната. В противен случай можете да изтеглите проекта и да следвате стъпка 11, за да отворите приложението на вашето устройство.

Ако направите нещо интересно с този урок, моля, уведомете ме в коментарите, интересно ми е да видя как може да се използва като шаблон за всякакви завладяващи проекти.