Robô de telepresença de circuitos instantâneos: 9 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Férias em 2020 são um pouco diferentes. Minha família está espalhada por todo o país e, devido à pandemia, não podemos nos reunir para as férias. Eu queria uma maneira de fazer os avós se sentirem incluídos na celebração do Dia de Ação de Graças. Um robô de telepresença como o Double 3 seria perfeito, exceto pelo fato de que custa US $ 4.000. Eu me perguntei se eu poderia construir algo semelhante por muito menos dinheiro.

O Snap Circuits® RC Snap Rover® é um rover controlado remotamente com componentes eletrônicos projetados para mudanças e experimentação. É quase do tamanho certo para ser a base de um robô de telepresença, e imaginei que provavelmente poderia conectá-lo para ser controlado pela web.

Se eu pudesse montar um tablet no veículo espacial, teria um robô de telepresença que deixaria os avós participarem de nossa celebração! Eles seriam capazes de se mover pela casa por conta própria e interagir com pessoas diferentes, em vez de ficarem presos em um só lugar. A novidade também pode mantê-los - e aos meus filhos - mais interessados do que uma videochamada normal.

Coloquei o robô para funcionar na noite anterior ao Dia de Ação de Graças e foi um grande sucesso!

Com eletrônicos prontos para uso e um pouco de carpintaria leve, você também pode construir um robô de telepresença. Sem necessidade de solda!

Suprimentos:

Hardware

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Nota: o Snap Rover 'Deluxe' não usa as mesmas peças e não funcionará com este guia. Se você tiver o Deluxe Snap Rover, precisará adquirir um CI de controle de motor separado

• Conectores Snap-to-Pin
• Raspberry Pi Zero W ou outro dispositivo com GPIOs programáveis capaz de executar NodeJS
• Estojo para o Raspberry Pi (opcional)
• Cabeçalhos de martelo GPIO (feminino)
• Cartão MicroSD (4 GB ou maior)
• Bateria USB e cabo micro-USB para alimentar o Pi
• iPad ou outro tablet / telefone

• Misc. Madeira:

  • Passador de madeira 1 "x 48", cortado na altura desejada
  • 2x4, aprox. 10 "de comprimento
  • 2 peças de moldagem de 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 peças de 1x1 ou sucata semelhante, aprox. 3 "de comprimento
• Pequena caixa de papelão para servir de suporte para iPad
• Correia de nylon, aprox. 6 '

Programas

• No rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (testado com a compilação armv6 14.15.1 não oficial em um Pi Zero W)
  • software de controle remoto pi-rover

• No tablet:

  Facetime, Zoom ou outro software de videoconferência

• No seu PC:

  Um cliente ssh (integrado ao Mac + Linux; use algo como PuTTY para Windows)

Ferramentas

• Perfure com 1 "broca de pá
• Pistola de cola quente
• Martelo
• Serra
• Fita métrica / régua

Para o usuário (avós, etc)

O vovô, ou quem quer que esteja operando o veículo espacial, precisará do seguinte:

Um PC com software de videoconferência (FaceTime, Zoom, etc) e um navegador da web

OU

Um tablet / telefone com capacidade de tela dividida e software de videoconferência

OU

• 2 dispositivos:

  • Um telefone, tablet ou outro dispositivo com software de videoconferência e
  • Um segundo dispositivo com navegador da web que pode ser usado para controlar o navegador enquanto o primeiro dispositivo está sendo usado para vídeo

Etapa 1: Seleção de Hardware

Para controlar o rover a partir da Internet, eu precisava de um pequeno computador que pudesse controlar o rover e agir como um servidor web para que um avô pudesse acessar o rover. O Raspberry Pi Zero W é um ajuste perfeito. É pequeno, tem Wi-Fi e bastante potência de CPU para executar um pequeno servidor da web. Além disso, custa apenas US $ 10, o que é mais barato do que praticamente todas as outras opções de amadores. Comprei meus acessórios Pi + do excelente pessoal da Adafruit.

Etapa 2: Preparando o Pi: Cabeçalhos

A linha de brinquedos educacionais Snap Circuits são como peças de LEGO® para eletrônicos. Eles permitem que você conecte circuitos sem qualquer solda e são relativamente à prova de crianças. Placas eletrônicas amadoras (como a Raspberry Pi) fornecem várias maneiras de conectar as coisas, mas nenhuma delas é compatível com circuitos de encaixe.

Para contornar isso, instalaremos um cabeçalho no Pi e, em seguida, usaremos fios de jumper especiais "Snap to Pin" para conectar o Pi ao rover sem qualquer solda.

Instale os cabeçotes do martelo fêmea no Pi usando as instruções de instalação (rotuladas "para pHATs"). É importante usar os cabeçalhos femininos; eles nos permitem conectar os fios de jumper.

Etapa 3: Preparando o Pi: Software

O Raspberry Pi carrega seu software a partir de um cartão MicroSD. Instalaremos um sistema operacional, inicializaremos o Pi e instalaremos algumas outras ferramentas, além do software de controle do rover.

1. Use o software Raspberry Pi Imager no seu PC para baixar e instalar o Raspberry Pi OS Lite (32 bits) no cartão SD.
2. Use este tutorial para configurar o Pi no modo 'sem cabeça', sem usar um teclado ou tela. Isso colocará o Pi no Wi-Fi quando for inicializado pela primeira vez.
3. Habilite o protocolo Secure Shell (ssh) no Pi usando as etapas 3 + 4 deste tutorial no SSH. Você pode ignorar a parte sobre a configuração do "Encaminhamento X". Isso permitirá que você faça login no Pi assim que ele ficar online.
4. Mova o cartão SD para o Pi e inicialize o pi. Usei uma bateria USB para fornecer energia, mas para esta etapa você também pode usar um adaptador de energia ou cabo Micro-USB para alimentá-lo a partir do seu PC.
5. Encontre o endereço IP do Pi. Você precisará se conectar ao Pi e, mais tarde, controlar o rover.

6. Faça login no Pi a partir do seu PC. A seção "Configure seu cliente" do tutorial SSH tem instruções detalhadas. Agora você deve estar logado no Pi:

   ssh pi @

7. O software de controle remoto usa uma ferramenta chamada NodeJS. Para instalar o NodeJS no Pi, execute os seguintes comandos por SSH:

   wget

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

8. Agora você deve ter o NodeJS instalado no Pi. Para testá-lo, execute

   node -v Depois de alguns segundos, ele deve gerar a versão do NodeJS, como

   v14.15.1

9. A seguir, instalaremos o software de controle do rover, chamado pi-rover. Isso levará vários minutos:

   sudo apt-get install git

   git clone https://github.com/smagoun/pi-rover.git cd pi-rover npm install

10. Execute o software do servidor no Pi:

    node index.js

    Se tudo correr bem, você poderá acessar o Pi por meio de um navegador da web em seu PC, navegando até a porta 8080 no endereço IP do Pi. Por exemplo, se o endereço IP do seu Pi for 192.168.1.123, vá para

11. Saia do software do servidor com Ctrl-C.

12. Para executar o servidor sempre que o Pi for inicializado, instale o arquivo de serviço do sistema:

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

    sudo systemctl enable pi-rover.service

13. Assim que o software estiver testado e funcionando, desligue-o para que possamos instalar o Pi no rover:

    sudo shutdown -h now

Nota: Se você vai dar acesso a outras pessoas fora de sua rede doméstica (como o vovô, que está em sua própria casa neste Dia de Ação de Graças), você precisará configurar seu roteador para enviar tráfego de seu endereço IP público para o Pi. Use um guia de encaminhamento de porta para obter suporte para fazer isso.

Etapa 4: Conecte o Rover

O Snap Rover vem com instruções para a fiação do controle remoto que vem com o kit rover. Vamos adaptá-los para substituir o componente do receptor de rádio pelo Pi.

O manual do rover inclui vários circuitos. Comece com # 1 (o "Night Rover") e arranque tudo à esquerda da coluna 6. Isso deixa no lugar o IC de controle do motor, os (4) resistores de 1kΩ nas entradas para o IC de controle do motor, a chave deslizante, e os fios indo para o rover.

Etapa 5: conecte o Pi ao móvel

Se você tem um gabinete para o Pi, mas ainda não o instalou, faça-o agora.

O conector de 40 pinos no Pi expõe uma grande quantidade de funcionalidade. Usaremos vários pinos de E / S de uso geral (GPIO) para conectar o Pi ao rover. É importante conectar exatamente como mostrado aqui; a fiação incorreta corre o risco de danificar o Pi ou o rover.

1. Os pinos no Pi são numerados de 1 a 40. Vale a pena revisar a pinagem para entender como eles estão dispostos.

2. Use os conectores Snap-to-Pin para conectar os 4 GPIOs a seguir aos resistores nas entradas do IC de controle do motor:

   1. Pino 11 (GPIO 17) para o resistor em LF
   2. Pino 12 (GPIO 18) para o resistor em LB
   3. Pino 13 (GPIO 27) para o resistor em RF
   4. Pino 15 (GPIO 22) para o resistor em RB
   5. Use mais um conector Snap-to-Pin para conectar um pino de aterramento (Pino 14) do Pi ao aterramento (-) no rover. Embora tenhamos 2 fontes de alimentação separadas (o rover usa 9V e o Pi usa 5V da bateria USB), os dois lados são conectados eletricamente e precisamos de um aterramento comum para o circuito funcionar.

Etapa 6: construir o suporte para tablet

A montagem do tablet requer o equilíbrio de várias necessidades concorrentes:

• O tablet deve estar alto o suficiente no ar para poder interagir com crianças e adultos em pé.
• O rover precisa ser estável o suficiente para evitar tombar ao dirigir.
• O tablet deve ser montado o mais próximo possível do centro do rover para fornecer estabilidade e uma experiência suave ao dirigir.
• A parte superior do rover não foi projetada para ter nada além de circuitos de encaixe anexados a ele, e não há uma ótima maneira de colocar uma carga nele sem arriscar danos aos componentes.

Parte 1: Construindo Pontes

A parte superior do rover é uma grade de plástico com saliências projetadas para proteger os componentes eletrônicos. Colocar uma carga diretamente na grade não seria estável e poderia danificar a grade. Optei por construir uma espécie de ponte sobre a base com suportes que fiquem entre as saliências da grade e um passador montado no topo da ponte. Usei uma tira de náilon para prender o conjunto ponte + passador ao corpo do rover.

1. Corte um 2x4 com cerca de 10 "de comprimento; deve ser mais longo do que a largura do rover, para que possamos prendê-lo com segurança ao rover.
2. Corte um par de pedaços de 8 "das tiras de moldagem de 1/4". Isso ajudará a estabilizar o suporte do tablet e evitar que balance para frente e para trás.
3. Cole as tiras de moldagem no 2x4. As tiras devem ser espaçadas para que se encaixem nas ranhuras da grade, entre as saliências (cerca de 5 "uma da outra). As tiras devem ser montadas de forma que a parte inferior do 2x4 fique acima da parte eletrônica.
4. Corte um par de peças de 3 "do 1x1 e cole-as nos cantos onde as tiras de moldagem se encontram com o 2x4. O objetivo aqui é evitar que as tiras de moldagem se soltem do 2x4 sob pressão lateral.
5. Use a broca pá de 1 "para fazer um orifício para o pino na parte superior do 2x4. O orifício não precisa passar por todo o 2x4; deixe cerca de 1/8" da madeira intacta na parte inferior do orifício para apoiar o pino. O orifício deve ser deslocado em direção a uma das bordas do 2x4, para deixar espaço para a tira de náilon do outro lado. Cole o pino no orifício, certificando-se de que esteja vertical.

Observação: um pino menor pode funcionar. Eu escolhi 1 de diâmetro para garantir que fosse firme o suficiente para amortecer as oscilações. Você não quer deixar o vovô enjoado enquanto ele está dirigindo!

Parte 2: suporte para tablet

Eu precisava de uma maneira leve, mas resistente, de prender o tablet na parte superior do pino. O próprio tablet deve ser segurado o mais próximo possível do pino para que seu peso não atue como uma alavanca tentando derrubar o rover. Depois de pensar brevemente em construir uma caixa com uma madeira leve como o basswood, optei pela abordagem de baixo esforço de cortar uma caixa de papelão de tamanho adequado. Encontrei uma caixa com cerca de 10 "x 12" x 1 ". Corte uma extremidade para que o tablet possa deslizar e uma abertura retangular de um lado para que a tela do tablet fique visível. Use cola quente para prender o suporte do tablet até o topo do passador.

Etapa 7: Prenda com Correia

Precisamos conectar o suporte do tablet ao rover. O rover não foi projetado para isso e não há opções de montagem convenientes. Optei por prender a montagem usando uma longa tira de náilon enrolada em ambos os eixos (não os eixos!) Do rover. Isso evita que a montagem se incline para frente, para trás ou para os lados. Certifique-se de que a alça não exerça pressão sobre nenhum dos componentes elétricos e de que esteja bem ajustada e presa de forma que não possa se soltar.

Etapa 8: Comece a viajar

Assim que o suporte do tablet for preso ao rover, ligue o Raspberry Pi e o rover. Assim que o Pi estiver online, faça login na interface da web (por exemplo, https://192.168.1.123) e 'Solicite o controle'. Agora você deve conseguir dirigir! Apenas uma pessoa por vez pode dirigir o rover, portanto, certifique-se de abrir mão do controle do rover antes de alguém tentar.

Instruções para avós

Quando o rover estiver online, ligue para o vovô (ou vovó!) No FaceTime. Assim que atenderem, peça que abram um navegador da Web e acessem seu endereço IP público. Dependendo de qual telefone / tablet / computador eles estão usando, eles podem ter que ir para o modo de "tela dividida" ou usar um segundo dispositivo.

Depois de carregar a página da web, eles devem ver a interface de controle do rover. Peça-lhes que solicitem o controle. Agora eles podem interagir com o resto da família como se estivessem lá!

Etapa 9: melhorias futuras

Este design não é perfeito. Algumas melhorias possíveis:

• Estabilizadores para o veículo espacial para que ele não tombe tão cedo quando for atingido por uma criança, animal de estimação, etc.
• Uma maneira de evitar que o rover esbarre nas coisas (o motorista não pode olhar para baixo!)
• Mais sutileza nos controles do software pi-rover. No momento, eles estão codificados para algo que funcionou bem o suficiente para nós.
• Incorpore a ferramenta de videoconferência na página da web para que a vovó não precise de 2 dispositivos para usar o rover