Sparky - DIY webbaserad telepresensrobot: 15 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Namnet Sparky är baserat på en förkortning för Self Portrait Artifact Roving Chassis I en besvärlig titel på ett konstprojekt som började i början av 90 -talet. Sedan dess har Sparky utvecklats från en överdimensionerad RC-leksak med ett par babymonitorvideokameror till en helt webbaserad autonom telepresensrobot. Det har funnits många olika versioner genom åren, med hjälp av ett brett spektrum av teknologier och lösningar, men alltid med samma mål att tillhandahålla en plattform för live -videotelepresens och fjärrstyrd autonom roving. De flesta redskap som krävs för detta projekt är tillgängliga på hyllan och mycket av det jag använde fanns redan i min butik från tidigare projekt förhoppningsvis kommer du att ha något liknande redskap, men var beredd att improvisera, dumpa dyk eller slå Craigslist för att ha saknat parts. Sparky använder Skype som grund för videochatten, samt lite anpassad programvara (och källkod) som vi tillhandahåller för grundläggande hjuldrivande servokontroller. Du kan anpassa den här koden för att lägga till funktionalitet till din robot - inklusive fler servon, griparmar och sensorer & Du begränsas endast av din fantasi och uppfinningsrikedom. Tänk på att varje robot kommer att vara annorlunda, så den här guiden är ingalunda kompletta instruktioner. Se det som en utgångspunkt, en grund på vilken du utformar och bygger din egen unika Sparky -skapelse.

Steg 1: Delar - Chassi och drivlinan

Chassi och drivlinan: Vex är ett populärt pedagogiskt robotkit. Det är mycket som en traditionell Erector -uppsättning, med den extra inkluderingen av sofistikerade servomotorer, hjul och växlar (VEX inkluderar också det egna programmeringsspråket och datorkortet för att göra kompletta robotar, men vi använder dem inte för Sparky).

Steg 2: Delar - Ström

Effekt: Ett kompakt 12v, 7Ah hobbybatteri. Tillsammans med en växelriktare, likström till växelströmsomvandlare, ger den tillräckligt med juice för att köra roboten i några timmar på en enda laddning.

Steg 3: Delar - Hjärna

Brain: En första generationens Mac Mini är billig och erbjuder stor kraft och funktionalitet i ett litet paket inklusive WiFi, Bluetooth och tillräckligt med portar för att ansluta allt (USB, Ethernet, FireWire, ljud).

Steg 4: Delar - nervsystemet

Nervsystemet: För att överbrygga klyftan mellan datorn och servomotorerna använder Sparky ett MAKE -styrkort.

Steg 5: Programvara

Programvara: Sparky använder Skype, den populära gratis VoIP- och videechattprogramvaran som grund för den nuvarande telepresence-konfigurationen, men vi har förstärkt dess chattfunktion med anpassad programvara som lägger till servomotorisk kontroll. Dessa filer kan ändras så att du kan lägga till ytterligare funktioner som sensorer, griparmar och mer.

Steg 6: Andra komponenter

Andra komponenter: LCD -skärm, mus, tangentbord Webbkablar - USB, Firewire, Ethernet, ström, video, ljud Justerbar strömförsörjning för att öka servostyrkan Caster -hjul

Steg 7: Verktyg

Verktyg: Insexnyckel för Vex Skruvmejsel Snips Diverse dragkedjor

Steg 8: CHASSIS & DRIVE TRAIN -1

Tidigare versioner av Sparkys chassi har baserats på olika material, inklusive svetsat stål, legos med mera. Den nuvarande versionen av Sparky drar nytta av VEX Robotic Design System, med Erector Set-liknande stålbalkar, plattor och muttrar/bultar, samt de medföljande kugghjulen, hjulen och axlarna. Detta kit sparar mycket tid medan du räknar ut de exakta måtten på din bot. Ett par generiska caster -hjul ger smidighet i snäva svängar. Du kan bygga med liknande material i leksakskala, eller så kan du välja att tillverka en robustare ram av svetsat stål precis som den ursprungliga Sparky.

Steg 9: CHASSIS & DRIVE TRAIN - 2

VEX-satsen innehåller många fantastiska delar, inklusive standardservon med ett begränsat rörelseområde på 180*, men också två fullrotationsmotorservon som snurrar helt runt som likströmsmotorer. Dessa är praktiska eftersom de förenklar kraven för att skapa hjul med full rotation. (Den ursprungliga Sparky-roboten hade två servomöjligheter med begränsad räckvidd, men dessa drev inte robothjulen direkt. I stället flyttade de potentiometrar som var anslutna till de ursprungliga rullstolsstyrningarna en till synes komplex Rube Goldberg-liknande lösning som har fungerat förvånansvärt bra i åratal men gör fortfarande de flesta ingenjörer nervösa!).

Steg 10: CHASSIS & DRIVE TRAIN - 3

VEX -servon är inte särskilt kraftfulla, men med hjälp av de medföljande kugghjulen kan de fortfarande ge tillräckligt med vridmoment till hjulen, även om de offrar hastigheten. Det fungerar tillräckligt bra på hårda ytor men kämpar på mattan eller till och med över små stötar. Nästa steg kan vara att lägga till några starkare fullrotationsservos, eller till och med hoppa till likströmsmotorer även om det skulle kräva ytterligare programmering också.

Steg 11: CHASSIS & DRIVE TRAIN - 4

Ganska mycket tid har gått åt till att bearbeta VEX -chassit för att hålla det så lätt som möjligt och ändå ha alla delar passande. Särskilt utmanande var valet av bildskärm. Ursprungligen använde jag en lätt 7 LCD -skärm, men den hade så låg upplösning att det var omöjligt att se bra. I slutändan gjorde en gammal 17 LCD -skärmen tricket, men med en betydande vägtull i extra vikt. En annan byggfråga är viktfördelning. Batteriet, växelriktaren och nätaggregaten måste placeras så att deras vikt är centrerad mellan hjulen och inte belastar någon av dem för mycket. Alla dessa frågor kombineras för att skapa ett utmanande pussel av tätt packade komponenter och dragkedjor.

Steg 12: DATOR & PERIFERALER

En anledning till att den nuvarande Sparky är så liten beror på den inspirerande storleken på Mac Mini. Det var en anmärkningsvärd insikt att den datorkraft som behövs för att driva detta projekt blev allt mindre. Tidigare ansträngningar inkluderade ett G4-skrivbord i full storlek, en Luxo Lamp iMac och även den sällsynta Mac Cube. Jag har till och med börjat peta runt på idén om en iPhone Sparky, men det har sina egna problem och att ansluta datorhårdvaran är enkelt. Ser man på baksidan av Mac från L till R, finns det en strömkabel, Ethernet (till MAKE Controller), Firewire (iSight), bildskärmskabel, USB (MAKE Controller), ytterligare en USB (tangentbord och mus). Allt överskott av kablage, kraftstenar, etc & är dragkedjade och fastklämda i chassit. Det finns tre nätkablar Mac, LCD-skärm och MAKE-kortet som alla går in i en 3-vägs splitter som är ansluten till DC-till-AC-omformaren, packad snyggt bredvid 12-voltsbatteriet. Ethernet- och USB-kabeln ansluts till MAKE-styrenheten, en för data, den andra för ström. Vid denna tidpunkt är det en fungerande WiFi-aktiverad dator, driven av batteri, ansluten till MAKE-kortet och sitter på hjul (men ännu inte körbar). Nu är det bra att testa saker. Slå på det och felsök eventuella problem med ljud, video, WiFi, etc & Ladda ner och använd Skype för att ringa videosamtal. Var noga med att rensa alla dessa potentiella olägenheter innan du går vidare till nästa fas.

Steg 13: GÖR CONTROLLER

Ett styrkort krävs för att upprätta en fysisk anslutning mellan Mac och servomotorer. Styrelsen tar emot kommandon från datorn och förvandlar dem till elektriska impulser som snurrar motorerna. Den kan också ta in signaler från sensorer (infraröd, beröring, ljus) och skicka tillbaka data till datorn. Det finns många olika styrenheter tillgängliga. En av de mest populära är förmodligen Arduino, ett billigt styrkort med öppen källkod som många tycker om. Jag fick en MAKE -bräda för några år sedan när den knappt var ute från prototypstadiet. Nyare versioner av tavlan är liknande, men förmodligen lite enklare att sätta upp. Jag rekommenderar starkt att besöka MakingThings -webbplatsen för senaste firmware och andra uppdateringar av kortet. En trevlig sak med MAKE -styrenheten är alla bekvämligheter som är inbyggda i den, till exempel ett stort antal analoga och digitala portar för in- och utgång. Bäst av allt för Sparky är de 4 plug-and-play servoslotsen. VEX -servon ansluts direkt till plats 0 och 1, vilket sparar mycket tid och ansträngning för att skapa anslutningar från grunden. MAKE -kortet har också en bekväm växel för servokraft, som kan komma direkt från MAKE -kortet vid 5v, eller en extern strömförsörjning kan anslutas för att öka saften upp till 9v. Sparky s VEX-motorer belastas med mer vikt än de är klassade för, så den extra kraften hjälper till att snurra hjulen (motorerna verkar ha en intern avstängningskrets som hindrar dem från att bränna ut om för mycket kraft appliceras). Om du använder Arduino eller något annat styrkort, leta online för att hitta den information som behövs för att driva servon. Det borde vara ganska lätt att hitta.

Steg 14: PROGRAMVARA

Sparky använder faktiskt två datorer-den inbyggda Mac Mini och en annan dator som är webbaktiverad och klar för videochatt. Tänk på den andra datorn som Sparkys kontrollbås. Jag använder en gammal powerbook och iSight -kamera. Båda datorerna kräver Skype. Sparky-projektet använder det för videochatt, men utnyttjar också sin textchattfunktion för att styra motorstyrningskommandon via Skype-anslutningen- så om Skype ansluter kan roboten köras utan att någon ytterligare anslutning behövs mellan dem. Hur det fungerar: Dessutom till Skype, Sparky kräver anpassad plug-in-programvara. Kontrollbåset plug-in levereras med videospel-stil, WASD kontroller mappade till tangentbordet. Tangenttryckningar från båset skickas som textmeddelanden i Skype till Sparkys onboard Mac Mini, där en annan kopia av tillägget tar emot textmeddelanden och översätter dem till rörelsekommandon som skickas till MAKE-kontrollen, som skickar ström till servon. Här är den anpassade programvaran Här finns programvaruinstruktioner

Steg 15: VAR SPARKY

Driving Sparky är en unik upplevelse, en blandning av Mars -rover -sim och levande sociala nätverk med frekventa tekniska eldövningar. Det får människor att tänka på både sin rädsla och attraktion för idén om en hybrid mellan människor och maskiner. Men det är fantastiskt hur snabbt folk tycks glömma att de talar med en halvmaskin cyborg och inom några få utbyten kan Sparky skapa en verklig, mänsklig koppling mellan deltagarna. Under årens lopp har versioner av Sparky fungerat som en tour guide, jazzsångare och bandledare, festvärd och virtuell Burning Man -deltagare. Men potentialen för Sparky är mycket större än dessa exempel. Vad kan du få Sparky att göra? Var skulle du ta det? Hur ser du att telepresence -robotar påverkar ditt sätt att interagera med världen?