3D -gedrukte Raspberry Pi Zero -robot: 12 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Wou u al ooit 'n robot bou, maar het u nie al die materiaal om dit te bou sonder om 'n onnodig omvangryke onderstel te kry nie? 3D -drukkers is hier om die dag te red! Hulle kan nie net onderdele skep wat versoenbaar is met feitlik enige hardeware nie, hulle kan dit ook op 'n baie ruimte -effektiewe manier doen. Hier sal ek u wys hoe u 'n baie basiese robot kan skep met 3D -gedrukte onderdele, die Raspberry Pi Zero en die Pi -kamera. Ek wil u aanmoedig om te neem en aan te pas wat ek gedoen het om aan u praktiese of vermaaklikheidsbehoeftes te voldoen. Om die robot te beheer en die kamerastroom te sien, het ek 'n IOS -app (die PiBotRemote -app) gebou wat u gerus kan gebruik en aanpas. Die werklike krag in projekte soos hierdie spruit egter uit die diversiteit in die moontlikhede in beide hardeware en sagteware. Ek wil u dus aanmoedig om kreatief te wees en by te dra tot wat ek gedoen het, afhangende van wat u weet. Ek dink byvoorbeeld dat dit cool sou wees om hierdie robot masjienvisie te laat gebruik om die omgewing te herken en op dieselfde manier as 'n selfbestuurde motor te navigeer.

Stap 1: Vereistes

• Materiaal

  • Vereis (ongeveer $ 75)

    • Framboos Pi Zero W ($ 10)
    • Micro SD -kaart ($ 8,25)
    • 40 -pen kop ($ 3,25)
    • Jumper Wires ($ 6,86)
    • USB -battery ($ 5,00)
    • 900 RPM mikro -ratmotor x 2 ($ 12,95 elk)
    • Motorbestuurder ($ 4,95)
    • Wiele ($ 6,95)
    • 14 mm staalkogellager ($ 0,62)
    • Skroewe, moere en afstande (sien hieronder)

  • Opsioneel (ongeveer $ 45)

    • LED's
    • Framboos Pi -kamera ($ 29,95)
    • Pi Zero Camera Adapter ($ 5,95)
    • Servomotor ($ 8,95)

  • Gereedskap

    • 3D -drukker en filament
    • Rekenaar (ek gebruik 'n Mac, en u benodig een as u die PiBot Remote -app wil gebruik)
    • iPhone/iPad/iPod Touch (as u die app gaan gebruik)
    • Boor
    • Skroewedraaier met veranderlike wenke

Meer inligting oor onderdele

• Pi Zero: as u slegs die Pi Zero vir hierdie projek wil gebruik, is dit goed om die hele tyd sonder kop te werk. Andersins, as u ooit 'n HDMI -uitgang of 'n USB -randapparaat wil aansluit, moet u ekstra adapters koop. In hierdie geval is dit waarskynlik die mees koste-effektiewe opsie om 'n Pi Zero-kit te koop, soos hierdie ($ 24) wat ek by Amazon gekoop het. Alhoewel ek nog 'n mikro -SD -kaart moes koop, het die kit saam met die Pi Zero gekom, beide noodsaaklike adapters en baie verskillende headers. Dit kan alles nuttig wees.
• Micro SD -kaart: u kan enige Micro SD -kaart gebruik solank dit minstens 8 GB stoorplek het.
• Jumper Wires: Ek hou van springers soos hierdie, want dit kom as 'n gekoppelde bondel. Dit laat my toe om byvoorbeeld 'n 9-draads gedeelte te skei en die Pi en die motorbestuurder netjies aan te sluit.
• USB -battery: die battery wat ek by Sparkfun gekoop het, is sedertdien gestaak. As gevolg hiervan, moet u dit elders vind. Die een wat ek gekoppel het, lyk soortgelyk aan myne, maar ek het dit nie gekoop nie, en u moet moontlik die druklêers verander om by u battery te pas. Maak seker dat u 'n battery met 'n aangehegte mikro -USB -kabel vind, aangesien dit u in staat stel om direk sonder 'n draad aan die pi te koppel.
• Motorbestuurder: Ek beveel aan dat u die duiker gebruik waarmee ek gekoppel het, aangesien dit redelik goedkoop is, en die afdruk is ontwerp om presies op die bord te pas. Boonop kan ander borde anders funksioneer, en u kan verskillende resultate hê.
• 14 mm staalbal: ek het hierdie bal gebruik bloot omdat ek toevallig een gehad het. Gebruik ander groottes, maar u moet die grootte van die houer dalk verander. Die bal sal dien as die 3de wiel vir ons robot. Dit is een van die gebiede van ontwerp op my robot wat tans die mees problematiese is en die meeste verbetering kan gebruik. Alhoewel dit goed werk op gladde, harde oppervlaktes, het dit probleme op matte en growwer oppervlaktes. Verander hierdie area van u ontwerp gerus.
• Skroewe, moere, afstande: Miskien moet u 'n bietjie werk om skroewe te vind wat vir u werk. Ek het eenvoudig die skroewe wat die Pi aanhang, gevind, asook die skroewe wat die Pi -kamera bymekaar gehou het in my pa se skroefversameling. Vir die motorhouers en voetstukke gebruik ek hierdie ($ 2,95) skroewe, en hierdie ($ 1,50) moere, wat albei by Sparkfun beskikbaar is. Die afstande en 8 skroewe (ek het per ongeluk slegs 4 op die foto ingesluit) wat die robot bymekaar hou wat ek uit die ongebruikte VEX -kits van my skool geneem het.
• LED's: ek weet seker waar u maklik 'n paar LED's kan kry. Kies die kleure wat u die funksies wil voorstel: krag, verbinding, robotspeelbaan en instruksies wat robot ontvang.
• Kamera en servo: Afhangende van wat u met u robot wil doen, kan u besluit om nie die kamera en servo op te neem nie, aangesien dit nie nodig is vir basiese beweging nie, en $ 45 by die koste van die robot voeg.

Stap 2: Pi Zero -opstelling

Volg hierdie skakel om 'n koplose installasie op u Raspberry Pi Zero W op te stel

• Moenie vergeet dat die Pi Zero nie aan 'n 5GHz Wi-Fi-netwerk kan koppel nie
• Volg die instruksies vir Raspbian Stretch of later

As u suksesvol via SSH aan u pi gekoppel is, hardloop

sudo raspi-config

en verander die volgende konfigurasies:

• Verander jou wagwoord. Dit is baie gevaarlik om die standaard wagwoord framboos te verlaat. Maak seker dat u hierdie wagwoord onthou.
• In netwerkopsies, verander die gasheernaam van raspberrypi na iets korter soos pizero of pibot. Ek sal pibot gebruik vir die res van hierdie tutoriaal. Onthou wat u hier geplaas het.
• In die opstartopsies -> Desktop / CLI, kies Console Autologin
• Gaan na koppelvlakopsies en aktiveer die kamera

Kies Voltooi en herlaai die toestel.

Stap 3: Stel die AdHoc -netwerk op

Deur 'n AdHoc -netwerk op te stel, kan ons ons beheerstoestel direk aan die robot koppel sonder enige tussengangers. Dit sal vinniger streaming van video moontlik maak en die vertraging in beheer verminder. Hierdie stap is egter nie nodig nie, aangesien alles steeds deur 'n normale wifi -netwerk sal werk.

Eerstens moet u al die nodige lêers van GitHub aflaai en uitpak. Navigeer in die terminale na die afgelaaide gids en stuur die PiBotRemoteFiles -lêergids na die pi met die opdrag:

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

Dit stuur al die nodige lêers na die robot wat dit sal beheer en die opstel van die AdHoc -netwerk. Maak seker dat die lêers in 'n gids met die naam "PiBotRemoteFiles" op die lessenaar geleë is; anders sal baie dinge nie in die pad werk nie. As u die PiBot Remote-app gebruik, kan u in die programinstellings tussen normale Wi-Fi en 'n AdHoc-netwerk wissel. Andersins kan u dit handmatig verander deur middel van SSH met een van die volgende opdragte:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Maak natuurlik seker dat u na die gids PiBotRemoteFiles gegaan het voordat u die voorafgaande opdragte uitgevoer het. Enige verandering tussen AdHoc en Wi-Fi tree eers in werking na die volgende herlaai. As 'n AdHoc opgestel is, moet u 'n PiBot -netwerk sien verskyn wanneer die Pi Zero opstart.

Stap 4: Voeg 'n Power LED by

Alhoewel dit onnodig is, kan dit nuttig wees om 'n kraglig te hê. Om dit te aktiveer, voer SSH in die Pi Zero uit en voer die opdrag uit:

sudo nano /etc/bash.bashrc

En voeg die volgende reël by aan die einde van die lêer:

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

Ons sal later die GPIO -pen verander wat verband hou met die krag -LED.

Stap 5: Opstel van RPi Cam -webinterface

Om die videostroom van die Raspberry Pi Cameras te benut, gebruik ons die RPi-Cam-web-koppelvlak. Inligting oor hierdie module kan hier gevind word en die kode is op GitHub. Om die module te installeer, moet ons eers ons Pi opdateer. Dit kan tot ongeveer 10 minute neem.

sudo apt-get update

sudo apt-get dist-upgrade

Ons moet dan git installeer:

sudo apt-get install git

En uiteindelik kan ons die module installeer:

git -kloon

RPi_Cam_Web_Interface/install.sh

Nadat die module geïnstalleer is, verskyn 'n konfigurasievenster. As u 'n gebruikersnaam en wagwoord wil byvoeg, moet u dieselfde gebruikersnaam en wagwoord as die rekening van u pi gebruik. Anders kan die PiBot Remote -app nie die kamerastroom ontvang nie.

As u nou na 'n blaaier op 'n toestel op dieselfde netwerk as die Pi gaan en as die kamera aan die pi gekoppel is, kan u die stroom ontvang deur na https://pibot.local/html/# te gaan. Die RPi -koppelvlak sorg vir maklike beheer van die kamera, en deur op die video te tik of te klik, kan dit 'n volledige skerm word. Ons sal dit later gebruik met die PiBot -afstands -app.

Ons is nou klaar met die opstel van die Pi Zero, met die lekker dinge!

Stap 6: Druk alles uit

Alhoewel ek 'n Dremel 3D -drukker met PLA -filament gebruik het, kan u u eie drukkers en materiaal gebruik. Al die STL -lêers is in die gids wat u van GitHub afgelaai het. Ek kon alles in vier groepe druk: die boonste plaat, die onderste plaat, al die houers en voetstukke en die ring. Wees kreatief in u kleurkeuse en maak ten volle gebruik van 3D -drukkers. My drukker het nie 'n dubbele ekstrudering of sulke aantreklike kenmerke nie, maar as ek toegang tot so 'n drukker het, sou ek aanbeveel dat u die versierings aan die bokant van die boonste plaat in 'n kontrasterende kleur druk. U sal waarskynlik moet lê en boor om 'n paar stukke te pas.

Verf die boonste plaat om LED -simbole en versierings sigbaar te maak.

U het moontlik twee houers op die punte van die onderplaat opgemerk wat op die GoPro -monteringstelsel lyk. Gebruik dit gerus om aan die voorkant of agterkant van die robot te plak wat u wil. In die blenderlêer kan u 'n merkerhouer wat ek gebruik het, droog vee, sowel as 'n sjabloonvoorwerp wat u kan aanpas om u voorwerp te hou.

U kan ook die rigting as vorentoe definieer; Ek het tot dusver minstens drie keer omgeruil.

Stap 7: Soldeer op die kopstukke

Alhoewel ek gekies het om koppe aan die PiZero te soldeer, kon u u drade direk aan die pi soldeer. As u kies om koppe te soldeer soos ek, sou ek aanbeveel om een met 'n regte hoek soos myne te gebruik. Dit hou die drade baie meer verborge en laat alles baie netjieser lyk.

Nou is dit tyd om die motorbestuurder te soldeer. Die onderste plaat is spesiaal ontwerp vir hierdie Sparkfun -motorbestuurder en maak ruimte vir die penkop om die bodem uit te steek. Dit maak dit moontlik om motorpenne maklik te verander, sodat u links en regs en vorentoe en agtertoe kan ruil. Alhoewel ek nou die volgende stap insluit, sal ek sterk aanbeveel om 'n paar stappe te wag totdat u presies weet hoe lank u drade moet wees. Sny 'n 9-draads gedeelte van springpenne af wat versoenbaar is met die koppenne wat u pas in die pi gesoldeer het. Soldeer elke draad versigtig sodat die groep gesamentlik plat kan lê en om die battery kan draai. Meet vooraf die lengte van die draad sodat u nie te min of te veel beloop nie.

Uiteindelik is dit tyd om die LED's te soldeer. Plak dit op hul onderskeie plekke op die boonste plaat en vou al die grondpenne bo -op mekaar. Soldeer een draad op die grond en een draad aan elke LED. Van links na regs is die funksies van die LED's: robotkrag, app -verbinding met die robot, die robot speel 'n gestoorde pad weer en instruksies word deur die robot ontvang.

Soldeer ook drade aan elke motor sodat hulle die koppe van die motorbestuurder kan aansluit.

Stap 8: Skroef die motor en die aansluiting vas

Steek eers elke motor in 'n motorhouer. Steek dan elke skroef gedeeltelik in totdat die punt die oppervlak van die houer of voet bereik. Hou dan vir elke skroef 'n moer aan die ander kant van die bord vas terwyl u elke skroef draai. Onthou om die laer tussen die twee voetstukke te plaas terwyl u die tweede vasdraai. Plaas die motorbestuurder in sy posisie en steek die motors in. Dit maak nie saak watter motor by elke uitset ingeprop is nie, aangesien u dit maklik kan verander sodra die robot aan die gang is.

Stap 9: Maak die kamera en servo gereed

Steek die lint van die Pi Zero -adapter in die kamera en skroef die kamerakas aanmekaar. Plaas die servo in sy posisie. U kan die skroefgate vir die servo boor, maar dit is baie styf genoeg. Koppel die kamera aan die servo op die manier wat u die beste vind. Tans het ek twee gate in die houer, met 'n kram wat deur die servohoring en die kamerakas gaan. Dit laat egter baie kronkelruimte, sodat u dalk supergom wil gebruik. Wys die kamera in die rigting wat u wil, en skroef die servohoring vas. Steek die kameralint deur die spleet by die framboos en steek dit in die pi. Vou laastens die lint om dit plat teen die battery te hou.

Stap 10: Alles saamvoeg

Uiteindelik het dit tyd geword dat alles in 'n stuk werk. Koppel die drade van die LED's, motorbestuurder en servo aan die Pi op so 'n manier dat u slegs geldige penne gebruik, maar hou dit naby hul uitgang. Plaas dan die drade deur hul gleuwe en skroef die pi vas. Dit is ontwerp om 'n goeie pasvorm te hê om dinge netjies te hou, dus moenie moed opgee as dit blyk dat daar nie genoeg plek is vir die groot springpenne nie.

Skroef elke afstand in die onderste plaat vas sodat elkeen veilig is. Plaas die battery en maak seker dat die kragkabel deur die gleuf en in die Pi Zero se kragpoort kan pas. Draai die motorbestuurder se drade om dit en pas die ring om alles. As u al die drade in die spasie tussen die battery en die boonste plaat ingedruk het, 'n klein nok op die onderste plaat in die ring en die twee hoë punte op die ring in die boonste plaat. U kan die boonste plaat nou vasskroef en u robot gebou het!

Stap 11: Maak die Xcode -projek oop

Die volgende stappe is slegs van toepassing as u die PiBot Remote -program gebruik, wat 'n Mac en 'n IOS -toestel benodig.

Omdat ek goedkoop is en nie 'n Apple Developer -rekening betaal het nie, kan ek slegs die Xcode -projek deel, nie die app self nie. U kan die projek dan self oopmaak, die handtekening verander en dit op u eie toestel begin.

As u nog nie Xcode het nie, laai dit dan af in die app store op u Mac. Sodra Xcode gelaai is, kies 'Open 'n ander projek' in die regter onderste hoek en navigeer na die gids 'PiBot Remote' in die GitHub-aflaai.

Sodra die projek oopgemaak is, klik op die wortellêer in die aansig heel links met die naam "PiBot Remote".

Verander die "Bundle Identifier" na iets unieks. U kan my naam vervang met u naam, of iets by die einde voeg.

Verander die span na u eie persoonlike rekening. As u nie een het nie, kies 'Voeg 'n rekening by'.

Druk opdrag-B om te bou, en hoop dat alles reg werk. As u die projek suksesvol gebou het, koppel u toestel aan op u rekenaar. Klik op die knoppie regs van die speel- en stopknoppies in die linker boonste hoek en kies u toestel.

Druk command-R en die app moet op u toestel begin. U toestel moet moontlik identiteite verifieer voordat dit werk, en benodig tans slegs internettoegang.

Stap 12: Laaste aanpassings

U kan die speldnommers vir alles aanpas, behalwe die krag -LED in die PiBot Remote -app. Om die pen vir die krag -LED te verander, SSH in die PI, en voer die opdrag uit:

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

Verander die twee gevalle van 36 in watter GPIO -pen u ook al gebruik het. Druk dan op beheer-X, y, enter.

Die app en bediener is albei geneig tot foute. Gebruik die konsole in ontfoutmodus om uit te vind wat aan die gang is. As u twyfel, probeer om die Pi weer te begin en/of die app weer te begin. Soms kan die program na 'n kodefout nie weer koppel nie, omdat die adres reeds gebruik word. In hierdie geval, verander eenvoudig die poort en die app moet verbind word.

As u die robot met die versneller op u toestel bestuur, moet u ook 'n paar ongemaklike gebare gebruik om te kalibreer, te stop/te begin, die kamera aan te pas en die oortjiebalk te wys/te verberg

• Kalibreer: Tik en hou met twee vingers vir.5 sek. (As u toestel dit ondersteun, sal u haptiese terugvoer voel sodra die toestel gekalibreer is
• Kamera -aanpassing: die moeilikste gebaar, doen wat voorheen beskryf is om te kalibreer, sleep dan u vingers om die kamera op te skuif en sleep om die kamera af te skuif. Die aanpassing sal gemaak word sodra u u vingers lig.
• Stop/begin wissel: as u na die versnellingsmeter kyk, word die robot aanvanklik ingestel om bewegingsopdragte te ignoreer. Dubbeltik met twee vingers om hierdie instelling te wissel.
• Wys/verberg oortjiebalk: om die volle skerm te bekyk terwyl u versnellingsmeter bestuur, word die oortjiebalk outomaties na 'n paar sekondes weggesteek. Swiep omhoog om dit weer te wys. Swiep af om dit weg te steek.

As u gefrustreerd raak met die probleme en ongerief wat met my app gepaardgaan, moet u onthou dat ek geen formele opleiding in enige vorm van programmering gehad het nie. Ek verwelkom dus advies en voorstelle. Voel vry om my GitHub -lêers te vurk.

As ek aanpassings op GitHub aanbring, pas dit toe op die robot deur die lêers af te laai en dit via rekursiewe SCP na die Pi op die toepaslike plek te stuur. As u die Xcode -projek gekloon het, trek die verandering aan. Anders kan u die projek aflaai en stap 11 volg om die app op u toestel oop te maak.

As u iets interessants met hierdie tutoriaal doen, laat weet my dan in die kommentaar; ek is geïnteresseerd om te sien hoe dit as 'n sjabloon vir allerhande fassinerende projekte gebruik kan word.