3D nyomtatott Raspberry Pi Zero robot: 12 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Szerettél volna valaha robotot építeni, de nem rendelkeztél minden anyaggal ahhoz, hogy felépíts egy robotot anélkül, hogy szükségtelenül terjedelmes alvázba kerülnél? A 3D nyomtatók itt vannak, hogy megmentsék a napot! Nemcsak gyakorlatilag bármilyen hardverrel kompatibilis alkatrészeket hozhatnak létre, hanem nagyon helytakarékos módon is. Itt megmutatom, hogyan lehet létrehozni egy nagyon egyszerű robotot, amely 3D nyomtatott részeket, a Raspberry Pi Zero -t és a Pi kamerát tartalmazza. Arra biztatlak, hogy fogadd el és módosítsd, amit tettem, hogy megfeleljen a gyakorlati vagy szórakoztatási igényeidnek. A robot irányításához és a kamera feedjének megtekintéséhez építettem egy IOS alkalmazást (a PiBotRemote alkalmazást), amelyet nyugodtan használhat és módosíthat. Az ilyen projektek valódi ereje azonban a hardverben és a szoftverben rejlő lehetőségek sokféleségéből fakad. Ezért arra biztatlak, hogy legyél kreatív, és add hozzá ahhoz, amit tettem, attól függően, hogy mit tudsz. Például azt gondolom, hogy jó lenne, ha ezt a robotot gépi látás segítségével felismerné környezete, és az önvezető autóhoz hasonlóan navigálna.

1. lépés: Követelmények

• Anyagok

  • Kötelező (nagyjából 75 dollár)

    • Raspberry Pi Zero W (10 dollár)
    • Micro SD kártya ($ 8,25)
    • 40 tűs fejléc (3,25 USD)
    • Jumper vezetékek ($ 6,86)
    • USB akkumulátor (5,00 USD)
    • 900 RPM mikro hajtóműves motor x 2 (egyenként 12,95 USD)
    • Motorvezérlő (4,95 dollár)
    • Kerekek (6,95 dollár)
    • 14 mm -es acél golyóscsapágy (0,62 USD)
    • Csavarok, anyák és rögzítések (lásd alább)

  • Opcionális (nagyjából 45 USD)

    • LED -ek
    • Raspberry Pi kamera ($ 29.95)
    • Pi Zero kameraadapter (5,95 dollár)
    • Szervomotor ($ 8,95)

  • Eszközök

    • 3D nyomtató és szál
    • Számítógép (Mac -et fogok használni, és szüksége lesz rá, ha használni szeretné a PiBot Remote alkalmazást)
    • iPhone/iPad/iPod Touch (ha használni fogja az alkalmazást)
    • Fúró
    • Csavarhúzó cserélhető hegyekkel

További információk az alkatrészekről

• Pi Zero: Ha a Pi Zero -t csak erre a projektre szeretné használni, akkor rendben lesz, ha folyamatosan fejetlenül fut. Ellenkező esetben, ha valaha is HDMI kimenetet vagy USB perifériát szeretne csatlakoztatni, további adaptereket kell vásárolnia. Ebben az esetben valószínűleg ez a legköltséghatékonyabb lehetőség a Pi Zero készlet megvásárlására, mint ez (24 dollár), az amazont vettem. Bár még vásárolnom kellett egy micro SD kártyát, ez a készlet a Pi Zero -t, mindkét szükséges adaptert és sok különböző fejlécet kapott. Mindez hasznos lehet.
• Micro SD kártya: Bármilyen Micro SD kártyát használhat, amíg legalább 8 GB tárhely van benne.
• Jumper vezetékek: Szeretem az ilyen jumpereket, mert összekapcsolt csomagban érkeznek. Ez lehetővé teszi számomra, hogy mondjuk egy 9 vezetékes szakaszt elválasszak, és szépen összekapcsoljam a Pi-t és a motor meghajtóját.
• USB akkumulátor: A Sparkfunban vásárolt akkumulátor azóta megszűnt. Ennek eredményeként máshol kell keresnie. Az általam linkelt hasonló volt az enyémhez, de nem vettem meg, és előfordulhat, hogy módosítania kell a nyomtatási fájlokat az akkumulátornak megfelelően. Ügyeljen arra, hogy olyan akkumulátort találjon, amelyhez csatlakoztatott mikro -USB -kábel tartozik, mivel ez lehetővé teszi, hogy felesleges vezeték nélkül közvetlenül a pi -hez csatlakoztassa.
• Motorvezérlő: Javaslom a búvár használatát, amelyhez linkeltem, mivel meglehetősen olcsó, és a nyomtatást úgy tervezték, hogy pontosan illeszkedjen ehhez a táblához. Ezenkívül előfordulhat, hogy más táblák másként működnek, és eltérő eredményeket érhet el.
• 14 mm -es acélgolyó: Csak azért használtam ezt a labdát, mert véletlenül volt egy fekvésem. Nyugodtan használjon más méreteket, de előfordulhat, hogy módosítania kell a foglalat méretét. A labda robotunk 3. kereke lesz. Ez az egyik tervezési terület a robotomon, amely jelenleg a legproblémásabb és a legtöbb fejlesztést hasznosíthatja. Bár sima, kemény felületeken jól működik, szőnyegeken és durvább felületeken gondot okoz. Nyugodtan módosítsa a tervezés ezen területét.
• Csavarok, anyák, eltérések: Előfordulhat, hogy kicsit dolgoznia kell, hogy megtalálja az Önnek megfelelő csavarokat. Egyszerűen megtaláltam a Pi -t rögzítő csavarokat, valamint azokat a csavarokat, amelyek együtt tartják a Pi Camera tartóját apám csavargyűjteményében. A motortartókhoz és foglalatokhoz ezeket (2,95 dollár) csavarokat és ezeket (1,50 dollár) anyákat használtam, amelyek mind a Sparkfunban kaphatók. Az állványok és 8 csavar (véletlenül csak 4 -et találtam a képen), amelyek összetartják a robotot, amit az iskolám nem használt VEX készleteiből vettem.
• LED -ek: Biztos vagyok benne, hogy tudja, hol talál könnyen LED -eket. Válassza ki a kívánt színeket a funkciók megjelenítéséhez: teljesítmény, kapcsolat, robot -visszajátszási útvonal és robotfogadási utasítás.
• Kamera és szervó: Attól függően, hogy mit szeretne tenni a robotjával, dönthet úgy, hogy nem tartalmazza a fényképezőgépet és a szervót, mivel ezek nem szükségesek az alapvető mozgáshoz, és 45 dollárt ad hozzá a robot költségéhez.

2. lépés: A Pi Zero beállítása

Kövesse ezt a linket a fejetlen telepítés beállításához a Raspberry Pi Zero W készüléken

• Ne felejtse el, hogy a Pi Zero nem tud csatlakozni az 5 GHz-es Wi-Fi hálózathoz
• Feltétlenül kövesse a Raspbian Stretch vagy újabb verzió utasításait

Miután sikeresen csatlakozott az SSH -n keresztül a pi -hez, futtassa

sudo raspi-config

és módosítsa a következő konfigurációkat:

• Változtasd meg a jelszavadat. Nagyon veszélyes elhagyni az alapértelmezett málna jelszót. Ügyeljen arra, hogy emlékezzen erre a jelszóra.
• A Hálózati beállításokban módosítsa a gazdagépnevet raspberrypi -ről rövidebbre, például pizero -ra vagy pibot -ra. A bemutató további részében a pibot fogom használni. Feltétlenül emlékezzen arra, amit ide tett.
• A Boot options -> Desktop / CLI területen válassza a Console Autologin lehetőséget
• Lépjen az interfész lehetőségekhez, és engedélyezze a kamerát

Válassza a Befejezés lehetőséget, és indítsa újra az eszközt.

3. lépés: Az AdHoc hálózat beállítása

Az AdHoc hálózat beállításával közvetítő nélkül közvetlenül csatlakoztathatjuk vezérlőeszközünket a robothoz. Ez lehetővé teszi a videó gyorsabb streamelését és a vezérlés késleltetését. Ez a lépés azonban nem szükséges, mivel minden továbbra is normál wifi hálózaton keresztül fog működni.

Először le kell töltenie és kicsomagolnia az összes szükséges fájlt a GitHub -ból. A terminálban keresse meg a letöltött mappát, és küldje el a PiBotRemoteFiles mappát a pi -nek a következő paranccsal:

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

Ez elküldi az összes szükséges fájlt a robotnak, amely vezérli és beállítja az AdHoc hálózatot. Győződjön meg arról, hogy a fájlok az asztalon található "PiBotRemoteFiles" nevű mappában vannak; különben sok minden nem fog működni az úton. Ha a PiBot Remote alkalmazást használja, az alkalmazás beállításaiban válthat a normál Wi-Fi és az AdHoc hálózat között. Ellenkező esetben manuálisan módosíthatja az SSH -n keresztül az alábbi parancsok egyikével:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Természetesen az előző parancsok futtatása előtt győződjön meg arról, hogy navigált a PiBotRemoteFiles mappába. Az AdHoc és a Wi-Fi közötti változások csak a következő újraindítás után lépnek hatályba. Ha AdHoc van beállítva, akkor a Pi Zero rendszerindításakor megjelenik egy PiBot hálózat.

4. lépés: Tápellátás LED hozzáadása

Bár minden bizonnyal szükségtelen, hasznos lehet a tápellátás. Ennek aktiválásához SSH a Pi Zero -ba, és futtassa a parancsot:

sudo nano /etc/bash.bashrc

És adja hozzá a következő sort a fájl végéhez:

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

Később megváltoztatjuk a tápellátás LED -hez tartozó GPIO -tűt.

5. lépés: Az RPi Cam webes felület beállítása

A Raspberry Pi Cameras videofolyam használatához az RPi-Cam-Web-Interface-t fogjuk használni. A modullal kapcsolatos információk itt találhatók, kódjuk pedig a GitHubon található. A modul telepítéséhez először frissítenünk kell a Pi -t. Ez körülbelül 10 percet is igénybe vehet.

sudo apt-get update

sudo apt-get dist-upgrade

Ezután telepítenünk kell a git -et:

sudo apt-get install git

És végre telepíthetjük a modult:

git klón

RPi_Cam_Web_Interface/install.sh

A modul telepítése után megjelenik egy konfigurációs ablak. Ha felhasználónevet és jelszót szeretne hozzáadni, ügyeljen arra, hogy ugyanazt a felhasználónevet és jelszót használja, mint a pi fiókja. Ellenkező esetben a PiBot Remote alkalmazás nem tudja fogadni a kamerafolyamot.

Ha most egy böngészőbe lép a Pi -vel azonos hálózaton lévő eszközön, és ha a fényképezőgép csatlakozik a pi -hez, akkor a streamet a https://pibot.local/html/# címen fogadhatja. Az RPi felület lehetővé teszi a kamera egyszerű irányítását, és a videó megérintésével vagy kattintásával teljes képernyősé válhat. Ezt később a PiBot távoli alkalmazással fogjuk használni.

Most befejeztük a Pi Zero beállítását, és folytatjuk a szórakoztató dolgokat!

6. lépés: Nyomtasson ki mindent

Bár Dremel 3D nyomtatót használtam PLA szállal, nyugodtan használjon saját nyomtatókat és anyagokat. Az összes STL -fájl a GitHub -ból letöltött mappában található. Mindent négy tételben tudtam kinyomtatni: a felső lemezt, az alsó lemezt, az összes rögzítést és foglalatot, valamint a gyűrűt. Legyen kreatív a színválasztásban, és használja ki teljes mértékben a 3D nyomtatók képességeit. A nyomtatóm nem rendelkezett kettős extrudálással vagy bármilyen ilyen fantasztikus funkcióval, de ha van hozzáférése egy ilyen nyomtatóhoz, azt javaslom, hogy a dekorációkat a felső lemez tetejére nyomtatja kontrasztos színben. Valószínűleg reszelnie és fúrnia kell, hogy néhány darab illeszkedjen.

Nyugodtan fesse le a felső lapot, hogy láthatóvá váljanak a LED szimbólumok és dekorációk.

Lehet, hogy észrevett két rögzítést az alsó lemez végein, amelyek hasonlítanak a GoPro rögzítési rendszerre. Használja ezeket bátran, hogy bármit rögzítsen a robot elejére vagy hátuljára. A turmixgép fájljában megtalálhatja az általam használt száraz törlés marker rögzítést, valamint egy sablonobjektumot, amelyet módosíthat az objektum megtartásához.

Ezenkívül nyugodtan határozza meg bármely irányt előre; Eddig legalább háromszor cseréltem.

7. lépés: Forrasztás a fejlécekben

Bár úgy döntöttem, hogy a PiZero fejléceit forrasztom, a vezetékeket közvetlenül a pi -hez forraszthatod. Ha úgy dönt, hogy a fejléceket forrasztja, mint én, akkor azt javaslom, hogy olyan derékszöget használjon, mint az enyém. Sokkal rejtettebbé teszi a vezetékeket, és minden sokkal rendesebbnek tűnik.

Most itt az ideje, hogy forrasztani a motor meghajtó. Az alsó lapot kifejezetten ehhez a Sparkfun motor meghajtóhoz tervezték, és helyet biztosít a tűcsapfejnek az alján. Ez lehetővé teszi a motorcsapok egyszerű cseréjét, így balra és jobbra, valamint előre és hátra lehet váltani. Bár most a következő lépést is belefoglalom, erősen javaslom, hogy várjon néhány lépést, amíg pontosan nem tudja, mennyi ideig kell a vezetékeknek lennie. Vágja le a 9-vezetékes jumpercsapokat, amelyek kompatibilisek az éppen a pi-be forrasztott fejrészekkel. Óvatosan forrasztjon minden vezetéket úgy, hogy a csoport együttesen laposan feküdjön és körbecsavarja az akkumulátort. Mérje meg előre a huzal hosszát, hogy ne legyen túl kevés vagy túl sok.

Végül itt az ideje a LED -ek forrasztásának. Ragassza őket a felső lemez megfelelő helyére, és hajtsa egymásra az összes földelőcsapot. Forrasztjon egy vezetéket a földhöz, és egy vezetéket minden LED -hez. Balról jobbra a LED -ek funkciói a következők: a robot teljesítménye, az alkalmazás csatlakoztatása a robothoz, a robot egy mentett útvonalat játszik le, és az utasításokat a robot fogadja.

Forrasztja a vezetékeket is minden motorhoz, hogy azok a motorvezérlőből érkező fejlécekhez csatlakozhassanak.

8. lépés: Csavarja be a motort és a foglalatot

Először helyezze be minden motort a motor tartójába. Ezután helyezze be minden csavart részben, csak addig, amíg a csúcs el nem éri a tartó vagy a foglalat felületét. Ezután minden csavarnál tartson a helyén egy anyát a lemez másik oldalán, miközben meghúzza az egyes csavarokat. Ne felejtse el a csapágyat a két foglalat közé helyezni a második csavarozásakor. Helyezze a motor meghajtóját a helyére, és csatlakoztassa a motorokat. Nem számít, hogy melyik motor van csatlakoztatva az egyes kimenetekhez, mivel ezt könnyedén megváltoztathatja, miután a robot üzembe lép.

9. lépés: Készítse elő a kamerát és a szervót

Csatlakoztassa a Pi Zero adapter szalagot a fényképezőgéphez, és csavarja össze a fényképezőgép házát. Helyezze a szervót a helyére. Fúrhat lyukakat a szervóhoz, de ez elég szoros. Csatlakoztassa a fényképezőgépet a szervóhoz bármilyen módon. Jelenleg két lyuk van a tartóban, a kapcsok áthaladnak a szervo kürtön és a kamera tokján. Ez azonban sok mozgásteret hagy, ezért érdemes szuper ragasztót használni. Irányítsa a kamerát a kívánt irányba, és csavarja be a szervókürtöt. Illessze a fényképezőgép szalagját a málna résébe, és csatlakoztassa a pi -hez. Végül hajtsa össze a szalagot, hogy lapos legyen az akkumulátorhoz.

10. lépés: Mindent össze kell rakni

Végre elérkezett az idő, hogy minden egy darabbá váljon. Csatlakoztassa a LED -ek, a motorvezérlő és a szervo vezetékét a Pi -hez úgy, hogy csak érvényes csapokat használjon, de tartsa közel a kijárathoz. Ezután helyezze a vezetékeket a nyílásukba, és csavarja be a pi -t a helyére. Ezt úgy tervezték, hogy szorosan illeszkedjen a dolgok tisztaságához, ezért ne add fel, ha úgy tűnik, hogy nincs elég hely ezeknek a nagy áthidaló csapoknak.

Csavarja be az egyes rögzítőelemeket az alsó lemezbe, hogy mindegyik biztonságban legyen. Helyezze be az akkumulátort, és győződjön meg arról, hogy a tápkábel átfér a nyíláson és a Pi Zero tápcsatlakozóján. Tekerje körbe a motorhajtó vezetékét, és helyezze körbe a gyűrűs pice -t. Miután az összes vezetéket összenyomta az akkumulátor és a felső lemez közötti térbe, az alsó lemezen lévő kis gerincet a gyűrűbe, a gyűrű két magas pontját pedig a felső lemezbe. Most már szorosan felcsavarhatja a felső lemezt, és megépítette a robotját!

11. lépés: Nyissa meg az Xcode projektet

A következő lépések csak akkor érvényesek, ha a PiBot Remote alkalmazást használja, amelyhez Mac és IOS eszköz szükséges.

Mivel olcsó vagyok, és nincs fizetett Apple fejlesztői fiókom, csak az Xcode projektet tudom megosztani, magát az alkalmazást nem. Ezután saját maga nyithatja meg a projektet, módosíthatja az aláírást, és elindíthatja azt saját eszközén.

Ha még nem rendelkezik Xcode -mal, töltse le a Mac alkalmazásboltjából. Az Xcode betöltése után válassza a jobb alsó sarokban az "Egy másik projekt megnyitása" lehetőséget, és keresse meg a "PiBot Remote" mappát a letöltött GitHub-ban.

A projekt megnyitásakor kattintson a gyökérfájlra a bal oldali "PiBot Remote" nézetben.

Változtassa meg a „Csomagazonosítót” valami egyedire. Lecserélheted a nevem a tieddel, vagy hozzáadhatsz valamit a végéhez.

Váltsa át a csapatot saját személyes fiókjába. Ha még nincs fiókja, válassza a "Fiók hozzáadása" lehetőséget.

Nyomja meg a Command-B billentyűt az építéshez, és remélje, hogy minden megfelelően működik. Miután sikeresen felépítette a projektet, csatlakoztassa az eszközt a számítógéphez. Kattintson a bal felső sarokban lévő lejátszás és leállítás gombok jobb oldalán található gombra, és válassza ki az eszközt.

Nyomja meg a Command-R billentyűt, és az alkalmazásnak el kell indulnia az eszközön. Előfordulhat, hogy a készüléknek futás előtt ellenőriznie kell a személyazonosságát, és csak ekkor lesz szüksége internet -hozzáférésre.

12. lépés: Végső beállítások

A PIN -kódokat a PiBot Remote alkalmazásban lévő tápellátás LED kivételével mindenhez beállíthatja. A tápellátás LED -jének, az SSH -nak a PI -be való cseréjéhez, és futtassa a parancsot:

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

Változtassa meg a 36 36 példányát a használt GPIO pin -re. Ezután nyomja meg a Ctrl-X billentyűt, y, Enter.

Az alkalmazás és a szerver egyaránt hajlamos a hibákra. Használja a konzolt hibakeresési módban, hogy kiderítse, mi történik. Ha kétségei vannak, indítsa újra a Pi -t és/vagy indítsa újra az alkalmazást. Néha egy kódhiba után az alkalmazás nem tud újra csatlakozni, mert a cím már használatban van. Ebben az esetben egyszerűen cserélje ki a portot, és az alkalmazásnak csatlakoznia kell.

Továbbá, amikor a robotot az eszközén lévő gázpedállal vezeti, kényelmetlen gesztusokat kell használnia a kalibráláshoz, a leállításhoz/indításhoz, a kamera beállításához, valamint a lapfül megjelenítéséhez/elrejtéséhez

• Kalibrálás: Érintse meg és tartsa lenyomva két ujjával.5 másodpercig (ha a készülék támogatja, haptikus visszajelzést fog kapni, miután az eszköz kalibrált
• Kamera beállítása: A legtrükkösebb gesztus, végezze el a korábban leírtakat a kalibráláshoz, majd húzza felfelé az ujját a kamera felfelé mozgatásához, és húzza lefelé a kamera lefelé mozgatásához. A beállítás akkor történik meg, ha felemeli az ujjait.
• Stop/Start kapcsoló: Amikor a gyorsulásmérő nézetre lép, a robot kezdetben úgy van beállítva, hogy figyelmen kívül hagyja a mozgási parancsokat. A beállítás váltásához koppintson duplán két ujjával.
• Fülsáv megjelenítése/elrejtése: A teljes képernyős megtekintés engedélyezéséhez gyorsulásmérő vezetés közben a fülsáv néhány másodperc múlva automatikusan elrejtődik. Az ismételt megjelenítéshez csúsztasson felfelé. Elrejtéséhez csúsztassa lefelé az ujját.

Ha frusztrál az alkalmazásommal kapcsolatos problémák és kellemetlenségek, ne feledje, hogy semmilyen formális programozásban nem részesültem. Szóval szívesen fogadok tanácsokat és javaslatokat. Nyugodtan elágazhatja a GitHub fájljaimat.

Ha módosítok a GitHubon, alkalmazza azokat a robotra a fájlok letöltésével és rekurzív SCP -n keresztül történő elküldésével a Pi -re a megfelelő helyen. Ha klónozta az Xcode projektet, egyszerűen húzza meg a módosítást. Ellenkező esetben letöltheti a projektet, és a 11. lépést követve megnyithatja az alkalmazást a készüléken.

Ha bármi érdekeset csinál ezzel az oktatóanyaggal, kérjük, tudassa velem a megjegyzésekben, kíváncsi vagyok, hogyan használható sablonként mindenféle lenyűgöző projekthez.