SOLARBOI - en 4G Solar Rover ut för att utforska världen !: 3 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Sedan jag var ung har jag alltid älskat att utforska. Under åren har jag sett många byggnader av fjärrkontrollbilar som styrs över WiFi, och de såg tillräckligt roliga ut. Men jag drömde om att gå så mycket längre - ut i den verkliga världen, långt bortom mitt hus, min gata eller till och med min förort. Jag längtade efter att bygga en robot som kunde gå långt bortom. För att göra detta piskade jag upp en robot utrustad med en kamera, en 4G -dataanslutning och ett solenergisystem som kan möjliggöra uppdrag dagar, veckor eller till och med månader långa. Jag strömmar nu regelbundet liveuppdrag på Twitch.tv, och SOLARBOI gör sitt för att försöka gå längre in på den australiensiska landsbygden än någon robot någonsin har gjort tidigare! SOLARBOIs mål är att bli kvar i en australiensisk landsstad och navigera sig ut, ut på landsbygden och vidare till ytterligare destinationer. Det kan inte få något externt bistånd på sitt uppdrag, annars anses det ha misslyckats. Den måste göra sin väg, kilometer för kilometer, över dagar och veckor, bara förlita sig på solen att ladda och 4G -nätet för kommunikation tillbaka till basen. Även om grunderna i projektet låter enkelt, är det otroligt svårt att ta bort det! Denna guide hjälper till att förklara grunderna för hur SOLARBOI fungerar och presentera idéer om hur man bäst skapar en robotplattform som kan överleva utomhus i veckor i sträck. Det är inte en exakt steg-för-steg-manual för hur du skapar din egen; istället är det en hoppningspunkt som du kan använda för att utforska dina egna byggnader och mönster.

Steg 1: Steg 1: Hårdvaran

Först och främst behöver du ett chassi för din robot. Medan många experimenterar med 3D -tryckta roverdesigner valde jag att använda en omhuldad leksak från min barndom. Radio Shack RAMINATOR såg cool ut, med stora däck, fyrhjulsdrift och arbetsfjädring ur lådan. Även om det är optimerat för hastighet över vridmoment, bestämde jag mig för att detta skulle fungera bra som grund för mitt roverprojekt. Efter att ha slet ut leksakskvalitets RC-hårdvaran bytte jag in motorn i en Hobbyking-borstad ESC medan jag tog bort den ursprungliga styrinställningen och ersatte den med en hård servo. Litiumpolymerbatterier installerades för att ge SOLARBOI kraft att driva i timmar i taget.

Med mekanikerna ur vägen är kommando och kontroll nästa stora övervägande. För detta bestämde jag mig för en Raspberry Pi Zero. Den är utformad för att dricka en liten mängd energi, är kompatibel med USB-kringutrustning och är perfekt för ett internetanslutet projekt. Som en bonus fungerar det bra med Raspberry Pi -kamerautrustning, nyckeln till att ge oss en bild av robotens omgivning när vi är ute i fältet. Jag valde ett fish-eye-kameralins för SOLARBOI, vilket gav oss en fin vidöversikt för att navigera i världen i stort. För en anslutning tillbaka till hemmabasen förlitar vi oss på en 4G -dongel, vilket ger oss den höga bandbredd vi behöver för att skicka kommandon till roboten och ta emot video tillbaka.

Solenergi är nyckeln till SOLARBOIs uppdrag, därav namnet. En 20W solpanel är monterad för att få ut det mesta av solen, även på dagar som är mer mulet än soligt. Den används för att ladda upp batterierna under dagen, så att SOLARBOI sedan kan köra på natten, bort från nyfikna ögon och skadliga interlopers. Uppenbarligen kan vi, trots att Pi Zero har låg effekt, inte låta den köra allt annars skulle vi tömma batterierna för snabbt. Således måste Pi stängas av för det mesta, men slås på med jämna mellanrum för att rapportera SOLARBOI: s position och låta oss logga in och köra roboten när vi vill. För att uppnå detta kör en Arduino Pro Micro ett speciellt program som slår på SOLARBOI under de första 5 minuterna i varje timme. Om vi loggar in på roboten från Mission Control kommer den att fortsätta, så att vi kan utföra uppdraget. Om den inte upptäcker en anslutning driver den Raspberry Pi tillbaka för att spara energi och få ut det mesta av solenergin. GPS används också för att säkerställa att Mission Control alltid är medveten om SOLARBOI: s position. Kör på landsbygden i natt, kan det vara mycket svårt att navigera genom visuella signaler ensam. Således tillåter GPS: n oss att behålla en fix på robotens plats och nå våra mål djupt in i det regionala Australien.

Steg 2: Steg 2: Programvaran

Uppenbarligen är det bra och bra att ha en rover, men det behöver mjukvara för att det ska fungera. SOLARBOIs programvara är under ständig utveckling, vilket möjliggör bättre prestanda och förbättrar användarvänligheten över tid.

Rovern använder Raspbian, standard -operativsystemet för Raspberry Pi Zero. Mission Control körs på Windows. Detta orsakar vissa problem med att olika Linux -verktyg måste installeras speciellt på Mission Control. I slutändan har dock denna inställning gjort det möjligt för oss att köra många framgångsrika kilometer med SOLARBOI och gör jobbet bra. Videon strömmas från roboten tillbaka till Mission Control via Gstreamer. Det är svårt att använda och inte väl dokumenterat för nybörjaren. Det gör det dock möjligt för oss att ha en ljud- och videoström med låg latens från roboten som är tillräckligt bra för att vi ska kunna köra utan alltför många problem. Avhopp förekommer, och det finns en viss fördröjning, men när du bygger världens första robotar för att utforska landsbygden gör du det bästa av det du har! Streaming görs i inbyggd H264 från Raspberry Pi -kameran, för att undvika att lägga för mycket belastning på Pi Zero genom att transkoda i farten. Kontroll av roboten sker via anpassad Python -kod, med en server/klientarkitektur. Med hjälp av bibliotek som PiGPIO och Servoblaster kan vi enkelt styra robotens drivsystem och andra funktioner i realtid. Installationen är enkel, tack vare det väl utvecklade Raspberry Pi-ekosystemet.

Vi använder en mängd olika bibliotek i Python för att visa telemetri på skärmen. Viktigast är MatPlotLib, som plottar våra batteridiagram i Mission Control som gör att vi kan övervaka SOLARBOIs prestanda under ett live -uppdrag.

Steg 3: Steg 3: de saker du bara lär dig på fältet

Ingen plan överlever första kontakten med fienden, som man säger. På just sådant sätt har SOLARBOI genomgått många prövningar i sina försök att navigera till en gammaldags telefonlåda djupt på landsbygden i New South Wales. Det här är lektioner som ofta bara kan läras på fältet, och vi har lärt oss på den hårda vägen. Om roboten sticker ut från sin omgivning kan den lätt hittas av förbipasserande när den laddar under dagen. På grund av plattformens lilla storlek och vikt kan SOLARBOI lätt bli stulen eller förstöras, vilket misslyckas med sitt uppdrag. Detta är en risk vi tar varje gång vi distribuerar i det vilda. För att mildra detta är SOLARBOI målat i en grön trist finish i ett försök att smälta in. Att hitta ett säkert utrymme att ladda med mycket solljus men minimal sikt är en ständig utmaning. på sin väg. Vi har tidigare haft problem med att fastna på stenar eller krascha in i små träd. För det mesta beror det på en kamera med dåligt synfält, låga ljusnivåer på natten och extrem trötthet från operatörens sida. Våra uppgraderingar till bättre strålkastare och fisheye -objektiv syftar till att avvärja detta problem i framtiden. Långsam och stadig framsteg, snarare än direkt hastighet, är också ett bra mantra att leva efter för att undvika att krascha i föremål när du kör med en videofördröjning på 500 ms. Enkel installation i landet medför sina egna problem. Det betyder att SOLARBOIs hårdvara måste vara i toppform, så att en resa på många timmar till utplaceringsområdet inte blir förgäves. Detta har kostat oss mycket bensin och tid i tidigare uppdrag, och något vi tänker undvika med noggranna tester i framtiden. Ändå är det något att tänka på när man sätter en robot långt bort. Slutligen är bra faciliteter på Mission Control ett måste. Koffein måste finnas till hands för att hålla besättningen skarp och pigg, samt vatten för att upprätthålla korrekt hydrering. Tydlig och uppdaterad telemetri är också till hjälp för att snabbt diagnostisera problem, och ett videoflöde med låg latens utan avhopp är det bästa för smidig körning i den australiensiska vildmarken., för att undvika förbipasserande bilar, vilda djur eller Shackleton the Cat, som vi träffade i uppdrag 1. Sammantaget har SOLARBOI mycket längre att gå i framtida uppdrag, och helst kommer att spendera många månader på fältet för att utforska långt och brett. För att följa SOLARBOIs resa, följ med på Twitch.tv och Youtube och njut av uppdragen nedan! Som alltid kommer det fler äventyr att komma när SOLARBOI utvecklas och reser längre och längre hemifrån!