Pocket Spy-Robot: 5 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

Tråkig under lockdown? Vill du utforska det mörka riket under vardagsrumssoffan? Då är spionroboten i fickformat något för dig! Med bara 25 mm höjd kan den här lilla roboten våga sig till platser som är alldeles för små för att människor ska kunna åka och matar tillbaka allt den ser genom en bekväm telefonapp!

Krav:

Medelnivåerfarenhet inom elektronik

Grundläggande kunskaper om python och hallon pi

En stor mängd tid

Tillbehör

Delar:

• Raspberry pi Zero W (Inte WH eftersom vi inte kommer att använda rubrikerna som medföljer)
• Hallon pi -kamera
• SD -kort för Pi (8 GB eller mer är bäst)
• 2x 18650 batterier och hållare (eftersom en laddningskrets inte är inbyggd i en laddare tenderar det också att hjälpa till!)
• 2x 300RPM 6V mikroväxelmotorer
• L293D motorstyrenhet
• LM7805 Spänningsregulator
• 22μF kondensator
• 10μF kondensator
• 2,54 mm SIL-huvudstift och uttag (2 x 8 långa sektioner av varje)
• 2,54 mm 90-graders vinklade huvudstiften
• 10x M3 x 8mm försänkta bultar
• 4x M3 x 12 mm försänkta bultar
• 14x M3 nylock -muttrar
• Dupont -anslutningssats (kan klara sig utan det gör livet mycket enklare)
• 5 mm x 80 mm aluminium- eller stålstång
• Diverse ledningar
• Lödbräda

Verktyg:

• Lödkolv och löd
• Uppsättning av filer
• Diverse skruvmejslar
• Hantverkskniv av något slag
• Superlim
• Avbitartång
• Wire strippers
• Elektrisk borr och bitsats (3 mm och 5 mm kommer att användas för att rengöra hålen i utskriften)
• 3D -skrivare (även om man kan få delarna tryckta och levererade till dig av någon av många sådana tjänster)
• Minisåg
• Multimeter
• Eltejp

Steg 1: Bygga chassit

Jag insåg ganska tidigt att även om gaffertape är otroligt, bör det förmodligen inte användas för att göra ett robust chassi, så 3D -utskrift var nästa uppenbara val (Någon gång ska jag dra av det här, så snart som Jag kommer att ladda upp den.) Delarna är utformade för att limas ihop med de sammanlåsta sektionerna som ses på bilderna ovan, eftersom jag använder en Elegoo Mars -skrivare, som ger vackra utskrifter men tyvärr har en ganska liten byggplatta. Det är här filerna och superlimet kommer in, kanterna som är märkta ovan måste arkiveras tills de passar tätt in i spåren i nästa bit, jag fann att eftersom 3D -skrivare inte är perfekta är detta det bästa sättet att få en perfekt passform. Så när arkiveringen är klar, limma ihop delarna! (Bara inte dina fingrar, som jag lärde mig en för många gånger) När du limar ihop delarna rekommenderar jag att du lägger dem på en plan yta för att säkerställa att de sätter sig rakt. (Att väga ner dem kan hjälpa till med detta)

Ett par av hålen behöver borras ut med en 5 mm bit (märkt i den femte bilden), detta bör göras otroligt noggrant, eller med hjälp av en cirkulär fil för att minimera risken för att knäppa delen. För att underlätta montering senare bör alla 3 mm hål i chassit borras ut med en 3 mm bit för att säkerställa att bultarna sitter bra. På basen av chassit finns också en serie sexkantiga utskärningar för nylocken att passa in, det är värt att använda en liten fil för att vidga dessa om muttrarna inte passar in lätt. Jag tyckte att det var mycket bättre att designa till den exakta storleken och sedan ta bort material där det behövs, eftersom det ger den bästa passformen.

Delar att skriva ut:

• Chassi1.stl
• Chassi2.stl
• Chassi3.stl
• Chassi4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x hjul1.stl
• 2x hjul2.stl
• top.stl

Steg 2: Kretsen

Eftersom hela poängen med projektet är kompakt, är kretsen för att driva själva pi och motorer inbyggd i ett enda kort som sitter ovanpå pi som liknar en HAT, som ansluts genom att sticka in i huvuden lödda på GPIO. Eftersom motorerna är ganska små och inte kräver mycket ström, använde jag en L293D dubbel H-bro motorstyrenhet för att driva dem eftersom Pi: s GPIO kan skadas om den används för att driva motorer (Back EMF och såväl som överström). Den dubbla H-bron använder en uppsättning NPN- och PNP-transistorer så att om transistorerna Q1 och Q4 drivs och därmed låter ström passera, kommer motorn att snurra framåt. Om Q2 och Q3 drivs strömmar ström genom motorn i motsatt riktning och snurrar den bakåt. Detta innebär att motorn kan snurras i båda riktningarna utan att använda reläer eller andra komponenter och låter oss driva motorn separat till pi istället för att dra av den.

LM7805 ger pi ström via 5v GPIO -stiftet men bör inte användas för att driva L293D eftersom pi kan kräva nästan all 1A -utgång från 7805, så det är bäst att inte riskera att smälta den.

Säkerhet:

Om kretsen är byggd felaktigt och mer än 5v tillhandahålls till pi, eller om den sätts genom en annan stift, kommer pi att skadas irreparabelt. Ännu viktigare, kretsen bör noggrant kontrolleras och testas för kortslutning, särskilt över batteriingångarna eftersom LiPo har en tendens att orsaka problem, *Hosta *, explosioner när de är kortslutna, du bör förmodligen undvika det. Jag hittade det bästa sättet att testa detta genom att testa kretsen genom att ansluta ett 4-block AA-batterier till ingången och mäta utspänningen med en multimeter. Hur som helst, säkerhetsgrejer är över, låt oss göra lite lödning!

Kortet bör byggas enligt kretsschemat ovan och i en liknande konfiguration som min krets eftersom denna layout passar snyggt över pi och ännu inte exploderat LiPos (tummarna). Det är viktigt att nedanstående ordning följs eftersom ledningar kommer att dras nära eller över andra ledningar och stift, denna ordning innebär att dessa ledningar görs sist för att undvika shorts. Vid lödning på huvudstiften är det viktigt att placera dem i en reservdel av huvudet för att se till att de inte rör sig när de värms upp.

Steg:

1. Klipp brädan till storleken och fila snittkanten slät (min använder 11 rader med 20 rader och har bra bokstäver och siffror för att koda dem) Jag kommer att ge stifternas positioner på brädet med detta koordinatsystem för att göra livet enklare. Eftersom brädet är dubbelsidigt kommer jag att hänvisa till den sida som vetter mot pi som "B" -sidan och sidan bort från pi som "A" -sidan.
2. Löd L293D och LM7805 på plats, L293D övre vänstra stiftet ligger på B -sidan i position C11. LM7805 kommer att behöva sina utgångspinnar böjas så att metallets baksida ligger platt mot brädet, den vänstra stiftet ska vara i läge P8.
3. Löd huvudstiften på plats, man bör först trycka den kortare sidan av stiften genom det svarta blocket tills de är platta mot toppen av blocket. De ska skjutas igenom från A -sidan med det nedre högra hörnet i hål T1 och lödas från B -sidan som visas och dokumenterat på bilderna ovan. När detta är gjort, skär försiktigt bort de svarta blocken och fäst de 2 raderna i stiften i motsvarande rubriker som inte bör lödas till pi ännu, dessa ser till att stiften inte rör sig när de löds.
4. Därefter lod i motorn och batteripinnar, 4 breda för motorn och 2 breda för batteriet. Batteristiften ska placeras i spåren J4 och K4 på B -sidan, motorstiften mellan L2 och O2 på B -sidan.
5. De två kondensatorerna behöver lödas in nu, båda från B -sidan. Anoden (positiva benet) på 22μF kondensatorn ska vara i plats P10 på B -sidan och ska lödas till P8 med den återstående delen av benet, innan du trimmar kvar. Katoden (det negativa benet) ska sättas genom spåren P11 och böjas runt som på bilden för att ansluta till P7 (katoden på 7805). Anoden på 10μF -kondensatorn ska sättas genom spår P4 och benet löds till stift P9, katoden ska sättas genom spår P3 och anslutas till P7 på samma sätt som den andra kondensatorn.
6. Anslutningskablarna bör ta banorna som ses på bilderna ovan, så för att spara lästid har jag sammanställt en lista över stiften som ska anslutas med dessa, i ordning och med angivna sidor, den angivna sidan är den sida som den isolerade delen av tråden ligger på. Koordinaterna formateras så att den första bokstaven betyder sida, följt av koordinaten. Om jag till exempel skulle ansluta en L293D -stift till en utgång, kunde samma hål som stiftet används inte användas så att det intilliggande hålet skulle vara, stiftet som tråden ansluter till placeras på endera sidan av hålen de går igenom. Detta skulle se ut som B: A1-A2 till G4-H4 med tråden genom hålen A2 och G4. Obs: På mina foton har A -sidan ingen bokstav, antag att detta skulle vara från vänster till höger.
7. Eftersom du redan har tagit ut lödkolven, är det nu en bra tid att löda motorn och batterikablarna, jag skulle rekommendera cirka 15 cm för motortrådarna, som bör lödas horisontellt mot motorns bakplatta för att spara utrymme, ett foto av detta är ovan. Anslutningar behövs i andra änden av motorkablarna, jag skulle rekommendera att lägga en liten mängd löd i dessa efter krympning för att säkerställa en solid anslutning. Den röda tråden från en batterihållare ska lödas till den svarta ledningen på den andra och lämna cirka 4 cm mellan de två, de andra två trådarna behöver cirka 10 cm vardera men behöver istället en kontakt som fästs i änden för att ansluta till kortet.

Kabeldragning:

1. B: C4-B4 till F11-G11
2. B: C9-B9 till O1-O2
3. B: G11-H11 till K5-K4
4. B: F9-G9 till M1-M2
5. B: F8-G8 till I4-J4
6. B: F6-G6 till L1-L2
7. B: K4-L4 till O10-P10
8. B: F7-H7 till N7-O7
9. På A -sidan är alla trådar lödda till den sidan, inga ledningar passeras genom så endast 2 koordinater behövs.
10. A: O4 till O2
11. A: O5 till N2
12. A: O10 till M2
13. A: O7 till P2
14. A: R4 till Q2
15. A: Markstift O7, O8, R7 och R8 bör alla anslutas.
16. A: E7 till K4
17. A: O1 till R10
18. A: M1 till R11
19. A: E4 till T1
20. A: G2 till R6

Jag skulle rekommendera att kontrollera detta mot ovanstående kretsschema för att säkerställa korrekt kabeldragning innan du testar. Testning av kretsen bör göras med en multimätare för att testa anslutning, stiften som ska kontrolleras är följande, men om du redan är kompetent med elektronik, testa så mycket du kan. För att kontrollera: Batteriingångsstiften, motorstiften, alla stiften på sidhuvudet för pi och 7805 -ingången och utgången mot marken.

Steg 3: Konfigurera Pi

I denna handledning antar jag att din pi redan är installerad med en bild och ansluten till internet, om du ställer in pi: n för första gången föreslår jag att du använder följande guide från deras webbplats för att installera bilden:

www.raspberrypi.org/downloads/

Jag upptäckte att livet görs mycket lättare om man kan arbeta med pi medan den fortfarande är inne i roboten, men eftersom HDMI -porten är blockerad med en avstängning är fjärrskrivbord det näst bästa. Det här är ganska enkelt att installera med ett paket som heter xrdp och Microsofts RDP -protokoll (inbyggt i windows så ingen faffing i den änden).

För att konfigurera xrdp måste du först se till att din pi uppdateras genom att köra kommandona 'sudo apt-get update' och 'sudo apt-get upgrade'. Kör sedan kommandot 'hostname -I' som ska returnera den lokala IP -adressen till pi och du är klar att gå! Slå på Windows -tangenten på din dator och öppna ett program som heter 'Remote Desktop Connection' och ange sedan din IP -adress i datorfältet, följt av användarnamnet 'pi' om du inte har ändrat detta, tryck enter och en anslutning kommer att etableras med pi.

Det första paketet du behöver är för kameran, eftersom detta inte är mitt expertområde har jag lagt till en länk till den officiella guiden till detta, vilket fungerade perfekt för mig.

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

När du har följt den här guiden och installerat programvaran ovan är du redo att gå vidare till nästa steg!

Steg 4: Koden

Först och främst med koden, programmering är långt ifrån min favoritdel inom robotik, så även om programmet är fullt fungerande är strukturen utan tvekan perfekt, så om du märker några problem med det skulle jag verkligen uppskatta feedback!

Ladda ner den bifogade pythonfilen till din pi och placera den i mappen Dokument, öppna sedan en terminal för att börja konfigurera automatisk körning. För att vara säker på att du inte behöver fjärrskrivbord till pi varje gång du vill använda roboten kan vi konfigurera pi så att programmet körs vid start. Starta installationen genom att skriva "sudo nano /etc/rc.local" i terminalen, vilket ska ta upp en terminalbaserad textredigerare som heter Nano, bläddra till botten av filen och hitta raden som säger "exit 0", skapa en ny rad ovanför detta och skriv "sudo python/home/pi/Documents Spy_bot.py &". Detta lägger till kommandot för att köra pythonfilen som pert i uppstartsprocessen, eftersom vårt program kommer att köras kontinuerligt lägger vi till "&" för att gaffla processen, så att pi kan slutföra uppstarten snarare än att loopa detta program. Om du vill avsluta nano trycker du på ctrl+x och sedan på y. Efter att ha gått tillbaka till terminalen skriver du "sudo reboot" för att starta om pi och tillämpa ändringarna.

Om motorerna snurrar i fel riktning öppnar du filen Spy_bot.py med textredigeraren och bläddrar till motorsektionen i koden, som kommer att märkas med instruktioner om de exakta siffrorna som ska bytas runt. Om vänster och höger motor byts kan den antingen fixas i koden eller genom att byta ledningar runt, om du föredrar att undvika att ta isär allt igen, byt 12 i motorfunktionen med 13 och 7 för 15.

Koden är kommenterad med detaljer om vad varje avsnitt gör, så att det enkelt kan ändras och förstås.

Steg 5: Sätta ihop allt

Montering av motorer:

När du redan har limmat ihop chassit och satt upp pi är du nu redo att montera roboten! Det bästa stället att börja är med motorerna, deras hållare är utformade för att passa tätt så det är troligt att en liten mängd ark kommer att behövas på de små knopparna på insidan av detta, som är märkta på bilden ovan. Hålen i slutet av dessa kan också behöva vidgas något så att det upphöjda guldpartiet på motorns ände passar inuti detta. När motorerna kan sitta tätt inne i höljen kan du ta bort motorn och skruva fast kåporna i deras position på baksidan av roboten med hjälp av M3 x 8 mm bultar och nylocks, och sedan sätta tillbaka motorerna på sina platser.

Montera elektroniken:

Därefter kan batterihållarna och hallon pi skruvas på plats med M3 x 8 mm bultar och nylocks enligt bilderna, monteringshålen i pi noll kan behöva vidgas något eftersom bultarna kommer att vara täta, det säkraste och bästa sättet att göra Detta är med en liten rund fil och mycket försiktighet. Det är värt att sätta batteriet och motorkablarna under där pi går eftersom detta gör hela installationen mycket snyggare utan lösa ledningar överallt.

Nu är det dags att lägga till kameran, som kan fästas på de 4 pinnarna på framsidan av chassit med kabeln redan på baksidan, den andra änden av bandkabeln ska vikas försiktigt så att den går in i kameraporten på pi, med kabelns kontakter nedåt, var noga med att inte böja bandkabeln hårt eftersom de tenderar att vara ganska sköra.

Montering av topplattan:

De 6 avstånden ska vara 19 mm långa, om inte då ska en anständig metallfil göra jobbet, när detta är gjort ska de skruvas fast på chassits ovansida med den färska änden mot plasten om tillämpligt. Överplattan kan nu skruvas fast på dessa, var noga med att försiktigt fälla bandkabeln under den.

Lägga till hjulen:

Till det sista steget, hjulen! De två hjulen med mindre mitthål bör borras ut till 3 mm för att passa motoraxlarna, men om din 3D -skrivare är kalibrerad till en hög nivå borde detta inte vara nödvändigt. De fyrkantiga hålen i alla hjul kommer att behöva vidgas något så att en nylock kan placeras inuti dem, när detta är gjort en M3 x 12 mm och en nylock måste monteras inuti varje hjul och dra åt tillräckligt så att bultens huvud är i nivå med kanten på hjulet. De återstående två hjulen måste utvidgas på samma sätt som de andra, men till 5 mm istället för att passa axeln. När hjulen är färdiga rekommenderar jag att du använder någon form av eltejp eller ett gummiband för att lägga till en greppyta på dem, om tejp används räcker det med cirka 90 mm för att gå runt hjulet en gång. Bakhjulen är nu redo att fästas, det enklaste sättet att göra detta är att rotera motoraxeln så att den plana ytan vetter uppåt och skruva fast hjulet med bulten nedåt och lämna 1-2 mm mellan hjulet och motorhus för att undvika att fastna. Framaxeln kan nu placeras genom de främre blocken och fästhjulen.

Detta steg bör avsluta projektet, jag hoppas att detta har varit informativt och lätt att följa, och framför allt kul! Om du har några förslag, frågor eller förbättringar jag kan göra, vänligen meddela mig, jag svarar mer än gärna på alla frågor och uppdaterar denna instruerbara där det behövs.