Snap Circuits Telepresence Robot: 9 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:36

Semester 2020 är lite annorlunda. Min familj är spridd runt om i landet, och på grund av pandemin kan vi inte samlas för semester. Jag ville ha ett sätt att få mor- och farföräldrar att känna sig delaktiga i vårt Thanksgiving -firande. En telepresence -robot som Double 3 skulle vara perfekt, förutom att den kostar $ 4 000. Jag undrade om jag kunde bygga något liknande för mycket mindre pengar.

Snap Circuits® RC Snap Rover® är en fjärrstyrd rover med elektronik som är utformad för förändring och experiment. Det handlar om rätt storlek för att vara basen i en telepresence -robot, och jag tänkte att jag förmodligen kunde koppla upp den för att styras från webben.

Om jag kunde montera en surfplatta på rovern skulle jag ha en telepresence -robot som skulle låta mor- och farföräldrar delta i vårt firande! De skulle kunna flytta runt i huset på egen hand och interagera med olika människor, istället för att fastna på ett ställe. Nyheten kan också hålla dem - och mina barn - mer intresserade än ett vanligt videosamtal.

Jag fick roboten att arbeta natten före Thanksgiving, och det var en stor hit!

Med elektronik på hyllan och lite lätt snickeri kan du också bygga en telepresence-robot. Ingen lödning krävs!

Tillbehör:

Hårdvara

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Obs! Snap Rover 'Deluxe' använder inte samma delar och fungerar inte med den här guiden. Om du har Deluxe Snap Rover måste du köpa en separat motorstyrning IC

• Snap-to-Pin-kontakter
• Raspberry Pi Zero W eller annan enhet med programmerbara GPIO: er som kan köra NodeJS
• Fodral till Raspberry Pi (tillval)
• GPIO Hammer Headers (hona)
• MicroSD -kort (4 GB eller större)
• USB-batteri och mikro-USB-kabel för att driva Pi
• iPad eller annan surfplatta/telefon

• Övrigt trä:

  • 1 "x 48" träpinne, skuren till önskad höjd
  • 2x4, ca. 10 "lång
  • 2 bitar av 1/4 "x 1" x 8 "gjutning
  • 2 stycken 1x1 eller liknande skrot, ca. 3 "lång
• Liten kartong för att fungera som iPad -hållare
• Nylonband, ca. 6 '

programvara

• På rovern:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (testad med den inofficiella 14.15.1 armv6 -byggnaden på en Pi Zero W)
  • programvara för fjärrkontroll för pi-rover

• På surfplattan:

  Facetime, Zoom eller annan programvara för videokonferenser

• På din dator:

  En ssh-klient (inbyggd i Mac + Linux; använd något som PuTTY för Windows)

Verktyg

• Borra med 1 "spadebit
• Lim pistol
• Hammare
• Fick syn på
• Måttband / linjal

För användaren (morföräldrar osv.)

Morfar, eller den som driver rovern, behöver följande:

En dator med videokonferensprogram (FaceTime, Zoom, etc) och en webbläsare

ELLER

En surfplatta/telefon med delad skärm och videokonferensprogram

ELLER

• 2 enheter:

  • En telefon, surfplatta eller annan enhet med programvara för videokonferenser och
  • En andra enhet med webbläsare som kan användas för att styra webbläsaren medan den första enheten används för video

Steg 1: Val av hårdvara

För att styra rovern från internet behövde jag en liten dator som både kunde styra rovern och fungera som en webbserver så att en farförälder kunde komma åt rovern. Raspberry Pi Zero W passar perfekt. Den är liten, har Wi-Fi och har gott om CPU-ström för att köra en liten webbserver. Dessutom är det bara $ 10, vilket är billigare än praktiskt taget alla andra hobbyalternativ. Jag fick mina Pi + -tillbehör från de utmärkta människorna på Adafruit.

Steg 2: Förbereda Pi: Headers

Snap Circuits -serien med pedagogiska leksaker är som LEGO® -klossar för elektronik. De låter dig leda kretsar utan lödning, och de är relativt barnsäkra. Hobbyistens elektronikkort (som Raspberry Pi) ger ett antal sätt att koppla ihop saker, men ingen av dem är kompatibla med Snap Circuits.

För att komma runt detta installerar vi ett sidhuvud i Pi och använder sedan speciella "Snap to Pin" -trådar för att ansluta Pi till rovern utan någon lödning.

Installera hammarhuvudena till Pi med hjälp av installationsanvisningarna (märkta "för pHAT"). Det är viktigt att använda de kvinnliga rubrikerna; dessa gör att vi kan ansluta bygeln.

Steg 3: Förbereda Pi: Programvaran

Raspberry Pi laddar sin programvara från ett MicroSD -kort. Vi installerar ett operativsystem, startar sedan Pi och installerar ett par andra verktyg plus styrprogramvaran för rovern.

1. Använd Raspberry Pi Imager-programvaran på din PC för att ladda ner och installera Raspberry Pi OS Lite (32-bitars) till SD-kortet.
2. Använd den här självstudien för att konfigurera Pi i huvudlöst läge utan att använda tangentbord eller skärm. Detta kommer att få Pi på Wi-Fi när den startar första gången.
3. Aktivera Secure Shell (ssh) -protokollet på Pi med steg 3+4 från den här självstudien om SSH. Du kan ignorera delen om att konfigurera "X Forwarding". Detta gör att du kan logga in på Pi när den är online.
4. Flytta SD -kortet till Pi och starta pi. Jag använde ett USB-batteri för att ge ström, men för det här steget kan du också använda en nätadapter eller mikro-USB-kabel för att driva det från din dator.
5. Hitta Pi: s IP -adress. Du måste ansluta till Pi och senare för att styra rovern.

6. Logga in på Pi från din dator. Avsnittet "Konfigurera din klient" i SSH -självstudien har detaljerade instruktioner. Du bör nu vara inloggad på Pi:

   ssh pi@

7. Fjärrkontrollens programvara använder ett verktyg som kallas NodeJS. För att installera NodeJS på Pi, kör följande kommandon över SSH:

   wget

   tar xf node-v14.15.1-linux-armv6l.tar.gz exportera PATH =/home/pi/node-v14.15.1-linux-armv6l/bin/: $ PATH

8. Du bör nu ha NodeJS installerat på Pi. För att testa det, kör

   nod -v Efter några sekunder bör den mata ut versionen av NodeJS, en sådan

   v14.15.1

9. Därefter installerar vi programvaran för roverkontroll, kallad pi-rover. Detta kommer att ta flera minuter:

   sudo apt-get install git

   git-klon https://github.com/smagoun/pi-rover.git cd pi-rover npm installera

10. Kör serverprogramvaran på Pi:

    nod index.js

    Om allt går bra bör du kunna komma åt Pi via en webbläsare på din dator genom att navigera till port 8080 på Pi: s IP -adress. Till exempel om din Pi: s IP -adress är 192.168.1.123, gå till

11. Avsluta serverprogramvaran med Ctrl-C.

12. För att köra servern när Pi startar, installerar du systemtjänstfilen:

    sudo cp pi-rover.service/etc/systemd/system/

    sudo systemctl aktivera pi-rover.service

13. När programvaran är testad och fungerar, stäng av den så att vi kan installera Pi i rovern:

    sudo avstängning -h nu

Obs! Om du ska ge åtkomst till andra personer utanför ditt hemnätverk (till exempel farfar, som är hemma hos honom denna Thanksgiving), måste du konfigurera din router för att skicka trafik från din offentliga IP -adress till Pi. Använd en portvidarebefordringsguide för stöd för att göra detta.

Steg 4: Koppla Rover

Snap Rover kommer med instruktioner för anslutning av fjärrkontrollen som följer med rover -satsen. Vi kommer att anpassa dessa för att ersätta radiomottagarkomponenten med Pi.

Rovermanualen innehåller ett antal kretsar. Börja med #1 ("Night Rover") och riva ut allt till vänster om kolumn 6. Detta lämnar kvar motorstyrning IC, (4) 1kΩ motstånd på ingångarna till motorstyrningen IC, skjutomkopplaren, och trådarna som går till rovern.

Steg 5: Anslut Pi till Rover

Om du har ett fodral för Pi men inte har installerat det än, gör det nu.

40 -stiftskontakten på Pi exponerar mycket funktionalitet. Vi kommer att använda flera av de allmänna I/O-stiften (GPIO) för att ansluta Pi till rovern. Det är viktigt att koppla upp detta precis som visas här; felaktig kabeldragning riskerar att skada Pi eller rovern.

1. Pins på Pi är numrerade 1-40. Det är värt att granska pinout för att förstå hur de läggs upp.

2. Använd Snap-to-Pin-kontakterna för att ansluta följande 4 GPIO: er till motstånden på ingångarna på motorstyrningens IC:

   1. Pin 11 (GPIO 17) till motståndet på LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) till motståndet på LB
   3. Stift 13 (GPIO 27) till motståndet på RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) till motståndet på RB
   5. Använd en annan Snap-to-Pin-kontakt för att ansluta en jordstift (Pin 14) från Pi till marken (-) på rovern. Även om vi har 2 separata strömförsörjningar (rovern använder 9V och Pi använder 5V från USB -batteriet) är de två sidorna elektriskt anslutna och vi behöver en gemensam grund för att kretsen ska fungera.

Steg 6: Bygg tablettfästet

Att montera surfplattan kräver balansering av flera konkurrerande behov:

• Tabletten ska vara tillräckligt hög i luften så att den kan interagera med stående barn och vuxna.
• Rovern måste vara tillräckligt stabil för att undvika att välta när du kör.
• Tabletten ska monteras så nära roverns mitt som möjligt för att ge stabilitet och en smidig upplevelse under körning.
• Roverns övre del är inte utformad för att ha något annat än Snap Circuits fäst vid den, och det finns inget bra sätt att belasta den utan att riskera att skada komponenterna.

Del 1: Bygga broar

Roverns ovansida är ett plastgaller med stötar som är utformade för att säkra elektronikkomponenterna. Att placera en last direkt på gallret skulle inte vara stabilt och kan skada gallret. Jag valde att bygga en slags bro över basen med stöd som sitter mellan gupparna på gallret och en plugg monterad på toppen av bron. Jag använde en nylonrem för att fästa bryggan + pluggen till roverkroppen.

1. Klipp en 2x4 till ca 10 "lång; den ska vara längre än rovern är bred, så att vi kan fästa den säkert på rovern.
2. Skär ett par 8 "bitar från de 1/4" formlistarna. Dessa hjälper till att stabilisera surfplattan och förhindrar att den gungar framåt och bakåt.
3. Limma formlistarna till 2x4. Remsorna ska vara åtskilda så att de passar i spåren på gallret, mellan stötarna (ca 5 "från varandra). Remsorna ska monteras så att botten på 2x4 sitter ovanför elektroniken.
4. Skär ett par 3 "bitar från 1x1 och limma dem i hörnen där gjutlisterna möter 2x4. Målet här är att förhindra att gjutlisterna bryter bort från 2x4 under sidotryck.
5. Använd 1 "spadebiten för att borra ett hål för pluggen i toppen av 2x4. Hålet behöver inte gå hela vägen genom 2x4; lämna cirka 1/8" trä intakt i botten av hålet för att stödja pluggen. Hålet bör förskjutas mot ena kanten av 2x4, för att lämna plats för nylonremmen på andra sidan. Lim in pluggen i hålet och se till att den är vertikal.

Obs: En mindre plugg kan fungera. Jag valde 1 diameter för att se till att den var tillräckligt styv för att dämpa svängningar. Du vill inte göra morfar bilsjuk medan han kör!

Del 2: Tabletthållare

Jag behövde ett lätt men ändå robust sätt att fästa tabletten på toppen av pluggen. Själva tabletten bör hållas så nära pluggen som möjligt så att dess vikt inte fungerar som en spak som försöker tippa rovern. Efter att en kort stund övervägt att bygga en låda av ett lätt trä som basvirke, valde jag det enkla tillvägagångssättet att klippa upp en lämplig kartong. Jag hittade en låda som var cirka 10 "x 12" x 1 ". Klipp av ena änden så att surfplattan kan glida in och skär en rektangulär öppning på ena sidan så att surfplattans skärm är synlig. Använd varmt lim för att fästa surfplattahållaren till toppen av pluggen.

Steg 7: Spänn fast

Vi måste fästa tablettfästet på rovern. Rovern är inte konstruerad för detta, och det finns inga bekväma monteringsalternativ. Jag valde att säkra fästet med ett långt nylonband som lindades runt båda axlarna (inte axlarna!) På rovern. Detta förhindrar att fästet lutar framåt, bakåt eller åt båda hållen. Se till att remmen inte sätter påtryckningar på någon av de elektriska komponenterna och se till att den dras tätt och säkras så att den inte kan lossna.

Steg 8: Börja Roving

När surfplattan har fästs på rovern, starta Raspberry Pi och rovern. När Pi är online loggar du in på webbgränssnittet (t.ex. https://192.168.1.123) och 'Begär kontroll'. Du borde nu kunna köra runt! Endast en person i taget kan köra rovern, så var noga med att ge upp kontrollen över rovern innan någon annan försöker.

Instruktioner för morföräldrar

När rovern är online, ring farfar (eller mormor!) På FaceTime. När de har hämtat, låt dem öppna en webbläsare och gå till din offentliga IP -adress. Beroende på vilken telefon/surfplatta/dator de använder kan de behöva gå till "delad skärm" -läge eller använda en andra enhet.

När de har laddat webbsidan borde de se roverns kontrollgränssnitt. Låt dem begära kontroll. Nu kan de interagera med resten av familjen som om de var där!

Steg 9: Framtida förbättringar

Denna design är inte perfekt. Några möjliga förbättringar:

• Stabilisatorer för rovern så att den inte välter så tidigt när den stöter på ett barn, husdjur etc.
• Ett sätt att förhindra att rovern stöter på saker (föraren kan inte titta ner!)
• Mer finess i kontrollerna för pi-rover-programvaran. Just nu är de hårdkodade till något som fungerade tillräckligt bra för oss.
• Bädda in videokonferensverktyget på webbsidan så att farmor inte behöver två enheter för att använda rovern