Pocket Spy-Robot: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Entediado durante o bloqueio? Quer explorar o reino escuro sob o sofá da sala? Então o robô espião de bolso é para você! Com apenas 25 mm de altura, este pequeno robô é capaz de se aventurar em lugares muito pequenos para as pessoas irem e retribui tudo o que vê por meio de um conveniente aplicativo de telefone!

Requisitos:

Experiência de nível médio em eletrônica

Conhecimento básico de python e framboesa pi

Muito tempo

Suprimentos

Partes:

• Raspberry pi Zero W (não WH, pois não usaremos os cabeçalhos fornecidos)
• Câmera framboesa pi
• Cartão SD para Pi (8 GB ou mais é melhor)
• 2 baterias 18650 e suporte (como um circuito de carga não é integrado, um carregador tende a ajudar também!)
• 2 microrredutores 300 RPM 6V
• Controlador de motor L293D
• Regulador de tensão LM7805
• Capacitor 22μF
• Capacitor 10μF
• Pinos e soquetes do cabeçalho SIL de 2,54 mm (2 x 8 seções de cada)
• Pinos coletores em ângulo de 90 graus de 2,54 mm
• Parafusos escareados 10x M3 x 8mm
• 4 parafusos escareados M3 x 12 mm
• 14x porcas nylock M3
• Kit de conectores Dupont (dispensável, mas torna a vida muito mais fácil)
• 5mm x 80mm de alumínio ou haste de aço
• Fios sortidos
• Placa de solda

Ferramentas:

• Ferro de solda e solda
• Conjunto de arquivos
• Chaves de fenda variadas
• Faca artesanal de algum tipo
• Supercola
• Cortadores de arame
• Decapantes de arame
• Broca elétrica e conjunto de broca (3 mm e 5 mm serão usados para limpar os furos na impressão)
• Impressora 3D (embora as peças possam ser impressas e enviadas para você por qualquer um de muitos desses serviços)
• Mini serra
• Multímetro
• Fita isolante

Etapa 1: Construindo o Chassi

Percebi logo no início que, embora a fita adesiva seja incrível, provavelmente não deveria ser usada para fazer um chassi resistente, então a impressão 3D foi a próxima escolha óbvia (em algum momento eu vou fazer isso, assim que Eu farei o upload.) As peças são projetadas para serem coladas com as seções interligadas vistas nas fotos acima, já que uso uma impressora Elegoo Mars, que produz lindas impressões, mas infelizmente tem uma placa de impressão bastante pequena. É aqui que entram os arquivos e a supercola, as bordas marcadas acima precisarão ser lixadas até que se encaixem perfeitamente nos slots da próxima peça. Descobri que, como as impressoras 3D não são perfeitas, esta é a melhor maneira de obter Um ajuste perfeito. Assim que terminar o lixamento, cole as peças! (Não só os dedos, como aprendi muitas vezes) Ao colar as peças, recomendo colocá-las em uma superfície plana para garantir que fiquem retas. (Pesando-os pode ajudar com isso)

Alguns orifícios precisarão ser perfurados com uma broca de 5 mm (rotulada na 5ª imagem), isso deve ser feito com muito cuidado, ou com o uso de uma lima circular para minimizar o risco de quebrar a peça. Para facilitar a montagem mais tarde, todos os orifícios de 3 mm no chassi devem ser perfurados com uma broca de 3 mm para garantir que os parafusos se encaixem bem. Além disso, na base do chassi há uma série de recortes hexagonais para os nylocks se encaixarem, vale a pena usar uma pequena lima para alargá-los se as porcas não se encaixarem facilmente. Achei muito melhor projetar para o tamanho exato e, em seguida, remover o material quando necessário, pois isso resulta no melhor ajuste.

Peças para imprimir:

• Chassis1.stl
• Chassis2.stl
• Chassis3.stl
• Chassis4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Wheel1.stl
• 2x Wheel2.stl
• top.stl

Etapa 2: o circuito

Como todo o objetivo do projeto é ser compacto, o circuito para alimentar o próprio pi e os motores é construído em uma única placa que fica no topo do pi semelhante a um HAT, conectando-se por encaixe em conectores soldados no GPIO. Como os motores são muito pequenos e não requerem muita corrente, usei um controlador de motor de ponte H duplo L293D para alimentá-los, pois o GPIO do Pi pode ser danificado se usado para acionar motores (Back EMF e tal como sobrecorrente) A ponte H dupla usa um conjunto de transistores NPN e PNP de forma que, se os transistores Q1 e Q4 forem alimentados e, assim, permitir a passagem da corrente, o motor girará para a frente. Se Q2 e Q3 estiverem energizados, a corrente flui através do motor na direção oposta e gira para trás. Isso significa que o motor pode ser girado em ambas as direções sem o uso de relés ou outros componentes e nos permite alimentar o motor separadamente para o pi em vez de retirá-lo.

O LM7805 fornece energia ao pi por meio do pino GPIO de 5v, mas não deve ser usado para alimentar o L293D, pois o pi pode exigir quase toda a saída 1A do 7805, portanto, é melhor não correr o risco de derretê-lo.

Segurança:

Se o circuito for construído incorretamente e mais de 5 V forem fornecidos ao pi, ou se for colocado em um pino diferente, o pi será irreparavelmente danificado. Mais importante, o circuito deve ser completamente verificado e testado quanto a curtos, especialmente nas entradas da bateria, pois os LiPos têm uma tendência a causar problemas, * tosse *, explosões quando em curto, você provavelmente deve evitar isso. Descobri que a melhor maneira de testar isso era testar o circuito conectando um bloco de 4 baterias AA à entrada e medindo a tensão de saída com um multímetro. Enfim, o material de segurança acabou, vamos soldar!

A placa deve ser construída de acordo com o diagrama de circuito acima e em uma configuração semelhante ao meu circuito, já que este layout se encaixa perfeitamente no pi e ainda não explodiu o LiPos (dedos cruzados). É importante que a ordem abaixo seja seguida, pois os fios serão direcionados perto ou sobre outros fios e pinos. Essa ordem significa que esses fios são feitos por último para evitar curtos. Ao soldar nos pinos da plataforma, é importante encaixá-los em uma seção sobressalente da plataforma para garantir que não se movam quando aquecidos.

Passos:

1. Corte a placa no tamanho certo e lixe a borda do corte suavemente (o meu usa 11 linhas por 20 linhas e, útil, tem letras e números para codificá-los), darei as posições dos pinos na placa com este sistema de coordenadas para tornar a vida mais fácil. Como o tabuleiro é de dois lados, irei me referir ao lado voltado para o pi como o lado 'B' e o lado oposto ao pi como o lado 'A'.
2. Solde o L293D e o LM7805 no lugar, o pino superior esquerdo do L293D reside no lado B na posição C11. O LM7805 precisará que seus pinos de saída sejam dobrados de modo que a parte de trás de metal do chip fique plana contra a placa, o pino esquerdo deve estar na posição P8.
3. Solde os pinos do cabeçalho no lugar, deve-se primeiro empurrar o lado mais curto dos pinos através do bloco preto até que eles estejam planos contra o topo do referido bloco. Eles devem ser empurrados do lado A com o canto inferior direito no orifício T1 e soldados do lado B conforme mostrado e documentado nas imagens acima. Quando isso for feito, corte suavemente os blocos pretos e encaixe as 2 fileiras de pinos nos cabeçalhos correspondentes que ainda não devem ser soldados ao pi, garantindo que os pinos não se movam ao soldá-los.
4. A seguir, solde os pinos do motor e da bateria, 4 largos para o motor e 2 largos para a bateria. Os pinos da bateria devem ser colocados nos slots J4 e K4 no lado B, os pinos do motor entre L2 e O2 no lado B.
5. Os dois capacitores precisam ser soldados agora, ambos do lado B. O ânodo (perna positiva) do capacitor de 22μF deve estar no slot P10 no lado B e deve ser soldado a P8 com a seção restante da perna, antes de aparar qualquer resto. O cátodo (perna negativa) deve ser colocado na ranhura P11 e dobrado como visto na imagem para conectar com P7 (o cátodo do 7805). O ânodo do capacitor de 10μF deve ser colocado na ranhura P4 e a perna soldada no pino P9, o cátodo deve ser colocado na ranhura P3 e conectado a P7 da mesma forma que o outro capacitor.
6. Os fios de conexão devem seguir os caminhos vistos nas imagens acima, então para economizar tempo de leitura eu compilei uma lista dos pinos que devem ser conectados por estes, na ordem e com os lados especificados, o lado especificado é o lado que a parte isolada do fio reside. As coordenadas serão formatadas de forma que a primeira letra signifique o lado, seguida pela coordenada. Por exemplo, se eu fosse conectar um pino L293D a uma saída, o mesmo orifício que o pino usa não poderia ser usado, então o orifício adjacente seria, o pino ao qual o fio se conecta será colocado em ambos os lados dos orifícios pelos quais eles passam. Isso seria semelhante a B: A1-A2 a G4-H4 com o fio passando pelos orifícios A2 e G4. Nota: nas minhas fotos, o lado A não tem letras, suponha que seja da esquerda para a direita.
7. Como você já tirou o ferro de solda, agora é um bom momento para soldar os fios do motor e da bateria, recomendo cerca de 15cm para os fios do motor, que devem ser soldados horizontalmente na placa traseira do motor para economizar espaço, uma foto disso está acima. Os conectores são necessários na outra extremidade dos fios do motor, recomendo colocar uma pequena quantidade de solda neles após a crimpagem para garantir uma conexão sólida. O fio vermelho de um porta-bateria deve ser soldado ao fio preto do outro deixando cerca de 4cm entre os dois, os outros dois fios precisam de cerca de 10cm cada, mas em vez disso precisam de um conector na extremidade para se conectar à placa.

Fiação:

1. B: C4-B4 a F11-G11
2. B: C9-B9 para O1-O2
3. B: G11-H11 a K5-K4
4. B: F9-G9 a M1-M2
5. B: F8-G8 a I4-J4
6. B: F6-G6 a L1-L2
7. B: K4-L4 a O10-P10
8. B: F7-H7 a N7-O7
9. No lado A, todos os fios são soldados a esse lado, nenhum fio é passado, portanto, apenas 2 coordenadas são necessárias.
10. A: O4 a O2
11. A: O5 a N2
12. A: O10 a M2
13. A: O7 a P2
14. A: R4 a Q2
15. R: Os pinos de aterramento O7, O8, R7 e R8 devem estar todos conectados.
16. A: E7 a K4
17. A: O1 a R10
18. A: M1 a R11
19. A: E4 para T1
20. A: G2 a R6

Eu recomendo verificar isso com o diagrama de circuito acima para garantir a fiação correta antes de testar. O teste do circuito deve ser feito com um multímetro configurado para testar a conectividade, os pinos que devem ser verificados são os seguintes, mas se você já é competente com eletrônica, teste o máximo que puder. Para verificar: Pinos de entrada da bateria, pinos do motor, todos os pinos do cabeçalho para o pi e a entrada e saída do 7805 contra o solo.

Etapa 3: Configurando o Pi

Neste tutorial, presumo que seu pi já esteja configurado com uma imagem e conectado à internet, se você estiver configurando o pi pela primeira vez, sugiro que use o seguinte guia do site deles para instalar a imagem:

www.raspberrypi.org/downloads/

Descobri que a vida fica muito mais fácil se alguém puder trabalhar com o pi enquanto ainda está dentro do robô, mas como a porta HDMI está bloqueada com um impasse, a área de trabalho remota é a segunda melhor opção. Isso é muito fácil de configurar usando um pacote chamado xrdp e o protocolo RDP da Microsoft (integrado ao Windows, portanto, não há confusão).

Para configurar o xrdp, primeiro certifique-se de que seu pi esteja atualizado executando os comandos 'sudo apt-get update' e 'sudo apt-get upgrade'. Em seguida, execute o comando 'hostname -I' que deve retornar o endereço IP local do pi e você está pronto para começar! Pressione a tecla windows em seu computador e abra um programa chamado 'Remote Desktop Connection', em seguida, digite o endereço IP do seu pi no campo Computador, seguido pelo nome de usuário 'pi' se você não alterou isso, pressione Enter e uma conexão será estabelecido com o pi.

O primeiro pacote de que você precisa é para a câmera, como esta não é minha área de especialização, adicionei um link para o guia oficial disso, que funcionou perfeitamente para mim.

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

Depois de seguir este guia e instalar o software acima, você está pronto para seguir para a próxima etapa!

Etapa 4: O Código

Em primeiro lugar, com o código, a programação está longe de ser minha parte favorita da robótica, então, embora o programa seja totalmente funcional, a estrutura sem dúvida não é perfeita, então, se você notar algum problema com ela, eu realmente aprecio o feedback!

Baixe o arquivo Python anexado para o seu pi e coloque-o na pasta Documentos, então abra um terminal para começar a configurar a execução automática. Para ter certeza de que você não precisa de uma área de trabalho remota para o pi toda vez que quiser usar o robô, podemos configurar o pi de forma que ele execute o programa na inicialização. Inicie a configuração digitando "sudo nano /etc/rc.local" no terminal, que deve abrir um editor de texto baseado em terminal chamado Nano, role até o final do arquivo e encontre a linha que diz "exit 0", crie uma nova linha acima desta e digite "sudo python / home / pi / Documents Spy_bot.py &". Isso adiciona o comando para executar o arquivo python conforme o processo de inicialização, como nosso programa será executado continuamente, adicionamos o "&" para bifurcar o processo, permitindo que o pi termine a inicialização em vez de executar um loop neste programa. Para sair do nano, pressione ctrl + x e, em seguida, y. Depois de sair de volta ao terminal, digite "sudo reboot" para reiniciar o pi e aplicar as alterações.

Se os motores estiverem girando nas direções erradas, abra o arquivo Spy_bot.py com o editor de texto e vá até a seção do código do motor, que será rotulada com instruções sobre os números exatos a serem trocados. Se os motores esquerdo e direito forem trocados, pode ser consertado no código ou trocando os fios, se você preferir evitar desmontá-los novamente, troque qualquer 12 na função do motor por 13 e qualquer 7 por 15.

O código é anotado com detalhes do que cada seção faz, de modo que pode ser modificado e compreendido facilmente.

Etapa 5: juntando tudo

Montagem dos motores:

Depois de colar o chassi e montar o pi, você está pronto para montar o robô! O melhor lugar para começar é com os motores, seus suportes são projetados para se encaixar perfeitamente, então é provável que uma pequena quantidade de lima seja necessária nas pequenas saliências no interior deste, que estão rotuladas na foto acima. Os orifícios nas extremidades também podem precisar ser ligeiramente alargados de modo que a seção de ouro saliente na extremidade dos motores se encaixe dentro deles. Uma vez que os motores podem caber confortavelmente dentro das caixas, você pode remover o motor e aparafusar as caixas em suas posições na extremidade traseira do robô usando os parafusos e nylocks M3 x 8 mm, em seguida, encaixando os motores de volta em seus lugares.

Conectando a eletrônica:

Em seguida, os porta-baterias e o pi raspberry podem ser aparafusados usando parafusos M3 x 8mm e nylocks de acordo com as fotos, os orifícios de montagem no pi zero podem precisar ser alargados um pouco porque os parafusos serão apertados, a maneira mais segura e melhor de fazer Isso é feito com uma pequena lima redonda e com muito cuidado. Vale a pena colocar os fios da bateria e do motor embaixo de onde vai o pi, pois isso torna toda a configuração muito mais organizada, sem fios soltos em todos os lugares.

Agora é hora de adicionar a câmera, que pode ser encaixada nos 4 pinos na frente do chassi com o cabo já na parte de trás, a outra extremidade do cabo de fita deve ser dobrada suavemente para encaixar na porta da câmera do pi, com os contatos do cabo voltados para baixo, tome cuidado para não dobrar fortemente o cabo plano, pois eles tendem a ser bastante frágeis.

Montagem da placa superior:

Os 6 espaçadores devem ter 19 mm de comprimento, se não, então uma lima de metal decente deve fazer o trabalho, quando isso for feito, eles devem ser aparafusados na parte superior do chassi com a extremidade nova contra o plástico, se aplicável. A placa superior agora pode ser aparafusada neles, certificando-se de dobrar cuidadosamente o cabo plano por baixo.

Adicionando as rodas:

Para o último degrau, as rodas! As duas rodas com orifícios centrais menores devem ser perfurados em 3 mm para caber nos eixos do motor, embora se sua impressora 3D for calibrada para um nível alto, isso não seja necessário. Os furos quadrados em todas as rodas precisarão ser ligeiramente alargados para que um nylock possa ser colocado dentro deles, quando isso é feito um M3 x 12mm e um nylock precisa ser encaixado dentro de cada roda e apertando o suficiente para que a cabeça do parafuso fique nivelada com a borda da roda. As duas rodas restantes precisarão ser alargadas da mesma maneira que as outras, mas para 5 mm ao invés para caber no eixo. Depois que as rodas estiverem todas preparadas, eu recomendo usar algum tipo de fita isolante ou um elástico para adicionar uma superfície de aderência a elas; se a fita for usada, cerca de 90 mm é o suficiente para dar a volta na roda uma vez. As rodas traseiras agora estão prontas para serem fixadas, a maneira mais fácil de fazer isso é girar o eixo do motor de modo que a superfície plana fique voltada para cima e parafusar a roda com o parafuso apontando para baixo, deixando 1-2 mm entre a roda e o carcaça do motor para evitar travamento. O eixo dianteiro agora pode ser colocado através dos blocos dianteiros e as rodas presas.

Esta etapa deve concluir o projeto, espero que tenha sido informativo e fácil de seguir e, acima de tudo, divertido! Se você tiver sugestões, perguntas ou melhorias que eu possa fazer, por favor, me avise. Terei todo o prazer em responder a quaisquer perguntas e atualizar este manual quando necessário.