SOLARBOI - solarni rover 4G za raziskovanje sveta!: 3 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Že od mladih nog sem vedno rad raziskoval. V preteklih letih sem videl veliko zgradb avtomobilov z daljinskim upravljalnikom, ki se upravljajo prek WiFi -ja, in videti so bili dovolj zabavni. Sanjal sem, da bom šel toliko dlje - v resnični svet, daleč onkraj meja moje hiše, moje ulice ali celo mojega predmestja. Hrepenel sem po tem, da bi zgradil robota, ki bi lahko šel še dlje. V ta namen sem izdelal robota, opremljenega s kamero, podatkovno povezavo 4G in solarnim sistemom, ki lahko misijam omogoča dneve, tedne ali celo mesece. Sedaj redno pretakam misije v živo na Twitch.tv, SOLARBOI pa se trudi iti dlje na avstralsko podeželje kot kateri koli robot doslej! Cilj SOLARBOI -ja je, da ga pustimo v avstralskem podeželskem mestu in se odpravimo ven, na podeželje in naprej na druge destinacije. Pri svojem poslanstvu ne more prejeti zunanje pomoči, sicer velja, da ni uspel. Prebijati se mora, kilometer za kilometrom, več dni in tednov, pri čemer se zanaša samo na sonce za polnjenje in omrežje 4G za komunikacijo nazaj v bazo. Čeprav se osnove projekta slišijo preprosto, je izvajanje tega neverjetno težko! Ta priročnik razlaga osnove delovanja SOLARBOI -ja in predstavi ideje, kako najbolje ustvariti robotsko platformo, ki lahko preživi na prostem več tednov. To ni natančen priročnik po korakih, kako ustvariti svojega; namesto tega je to izhodišče, ki ga lahko uporabite za raziskovanje lastnih zgradb in modelov.

1. korak: 1. korak: strojna oprema

Najprej boste potrebovali šasijo za svojega robota. Medtem ko so mnogi eksperimentirali s 3D tiskanim modelom roverja, sem se odločil, da bom uporabil ljubljeno igračo iz svojega otroštva. Radio Shack RAMINATOR je bil videti kul, z velikimi pnevmatikami, štirikolesnim pogonom in delovnim vzmetenjem. Čeprav je optimiziran za hitrost nad navorom, sem se odločil, da bo to dobro služilo kot osnova mojega projekta roverja. Ko sem odtrgal strojno opremo RC za igrače, sem motor zamenjal s Hobbyking brušenim ESC-jem, medtem ko sem odstranil prvotno nastavitev krmiljenja in jo zamenjal z odpornim servomotorjem. Vgrajene so bile litijeve polimerne baterije, ki so SOLARBOI -ju dajale moč voziti ure in ure naenkrat.

Ker mehanike ni več, je vodenje in nadzor naslednji pomemben vidik. Za to sem se odločil za Raspberry Pi Zero. Zasnovan tako, da požre majhno količino energije, je združljiv z zunanjimi napravami USB in je kot nalašč za projekt, povezan z internetom. Kot bonus dobro deluje s periferno kamero Raspberry Pi, ki nam omogoča pogled na okolico robota, ko smo na terenu. Za SOLARBOI sem izbral objektiv fotoaparata z ribjim očesom, ki nam daje lep širok pogled za lažjo navigacijo po svetu. Za povezavo nazaj na domačo bazo se zanašamo na 4G ključ, ki nam daje visoko pasovno širino, ki jo potrebujemo za pošiljanje ukazov robotu in sprejem videoposnetka nazaj.

Sončna energija je ključna za poslanstvo SOLARBOI, od tod tudi ime. Sončna plošča z močjo 20 W je opremljena tako, da kar najbolje izkoristi sonce, tudi v dneh, ki so bolj oblačni kot sončni. Uporablja se za polnjenje baterij podnevi, tako da lahko SOLARBOI nato vozi ponoči, stran od radovednih oči in zlonamernih vmesnikov. Očitno tudi pri nizki porabi energije Pi Zero ne moremo pustiti teči čas bi sicer prehitro izpraznili baterije. Zato je treba Pi večino časa izklopiti, vendar ga v rednih časovnih presledkih vklopiti, da poroča o položaju SOLARBOI, in nam omogoči, da se prijavimo in upravljamo robota, kadar želimo. Da bi to dosegli, Arduino Pro Micro izvaja poseben program, ki vklopi SOLARBOI prvih 5 minut vsake ure. Če se v robot prijavimo iz Mission Control, bo ostal vklopljen, kar nam bo omogočilo izvajanje naloge. Če ne zazna povezave, napaja Raspberry Pi nazaj, da prihrani energijo in kar najbolje izkoristi sončno energijo. GPS se uporablja tudi za zagotovitev, da nadzorni sistem vedno pozna položaj SOLARBOI -ja. Ko vozite na podeželju sredi noči, je lahko zelo težko krmariti samo z vizualnimi znaki. Tako nam GPS omogoča, da ohranimo fiksno lokacijo robota in dosežemo svoje cilje globoko v regionalni Avstraliji.

2. korak: 2. korak: programska oprema

Očitno je vse v redu z roverjem, vendar za njegovo delovanje potrebuje programsko opremo. Programska oprema podjetja SOLARBOI se nenehno razvija, kar omogoča boljše delovanje in sčasoma izboljšuje enostavnost uporabe.

Rover uporablja Raspbian, privzeti OS Raspberry Pi Zero. Mission Control deluje v sistemu Windows. To povzroča nekatere težave z različnimi pripomočki Linuxa, ki jih je treba posebej namestiti v Mission Control. Konec koncev pa nam je ta nastavitev omogočila, da smo s SOLARBOI -jem prevozili veliko uspešnih kilometrov in delo dobro opravlja. Video se pretaka iz robota nazaj v Mission Control prek Gstreamerja. Težka je za uporabo in ni dobro dokumentirana za začetnike. Vendar pa nam omogoča, da imamo avdio in video tok z nizko zakasnitvijo od robota, kar je dovolj dobro, da lahko vozimo brez preveč težav. Do osipov sicer prihaja in je nekaj zamika, toda ko gradite prve svetovne robote za raziskovanje podeželja, kar najbolje izkoristite! Pretočno predvajanje poteka v izvornem H264 iz kamere Raspberry Pi, da se izognete preobremenitvi Pi Zero s transkodiranjem med letom. Robot se nadzoruje s pomočjo kode Python po meri z arhitekturo strežnik/odjemalec. Z uporabo knjižnic, kot sta PiGPIO in Servoblaster, lahko v realnem času nadzorujemo robotski pogonski sistem in druge funkcije. Namestitev je preprosta, zahvaljujoč dobro razvitemu ekosistemu Raspberry Pi.

Za prikaz telemetrije na zaslonu uporabljamo različne knjižnice v Pythonu. Najpomembnejši je MatPlotLib, ki prikazuje grafikone baterij v nadzoru misij, ki nam omogočajo spremljanje delovanja SOLARBOI med misijo v živo.

3. korak: 3. korak: stvari, ki se jih naučite le na terenu

Noben načrt ne preživi prvega stika s sovražnikom, kot pravijo. Tako je SOLARBOI doživel številne preizkušnje v svojih poskusih, da bi se pomaknil do staromodne telefonske omarice globoko v podeželju Novega Južnega Walesa. To so lekcije, ki se jih pogosto lahko naučimo le na terenu, in tiste, ki smo se jih naučili na težji način. Stealth je glavna skrb. Če robot izstopa iz okolice, ga mimoidoči zlahka najdejo med polnjenjem čez dan. Zaradi majhnosti in teže platforme bi lahko SOLARBOI zlahka ukradli ali uničili, s čimer ni uspel svoje poslanstvo. To je tveganje, ki ga prevzamemo vsakič, ko se napotimo v naravo. Da bi to ublažili, je SOLARBOI pobarvan v zeleno sivo barvo, da bi se zlil. Iskanje varnega prostora za polnjenje z veliko sončne svetlobe, vendar z minimalno vidljivostjo je nenehen izziv. na svoji poti. V preteklosti smo imeli težave, da smo se obtičali na skalah ali trčili v majhna drevesa. Največkrat gre za kamero s slabim vidnim poljem, nizko stopnjo svetlobe ponoči in izjemno utrujenostjo operaterja. Z našo nadgradnjo na boljše žaromete in objektive z ribje oko v prihodnje bomo odpravili to težavo. Počasen in enakomeren napredek in ne dokončna hitrost je tudi dobra mantra, da se izognete trčenju v predmete, ko se vozite z zamudo pri videoposnetku 500 ms. Preprosto uvajanje v državi prinaša svoje težave. To pomeni, da mora biti strojna oprema podjetja SOLARBOI v vrhunskem stanju, da ne bi bilo več urno potovanje do območja uvajanja zaman. To nas je stalo veliko bencina in časa v preteklih misijah, česar se nameravamo v prihodnje izogniti s strogimi testi. Kljub temu je pri uvajanju robota daleč na kraj nekaj, kar je treba upoštevati. Nazadnje so dobre zmogljivosti pri nadzoru misij nujne. Caffiene mora biti pri roki, da je posadka ostra in pozorna, ter voda, da ohrani ustrezno hidracijo. Jasna in posodobljena telemetrija je v pomoč tudi pri hitrem diagnosticiranju težav, video vir z nizkimi zakasnitvami brez izpadov pa je najboljši za nemoteno vožnjo v avstralski divjini. To vozniku omogoča tudi, da kar najbolje izkoristi hitrost SOLARBOI, kjer je to potrebno, da bi se izognili mimoidočim avtomobilom, prosto živečim živalim ali mačku Shackletonu, ki smo ga spoznali v misiji 1. Na splošno ima SOLARBOI v prihodnjih misijah veliko več dela, v idealnem primeru pa bo več mesecev na terenu raziskal daleč naokoli. Če želite slediti potovanju SOLARBOI -ja, sledite na Twitch.tv in Youtube ter uživajte v spodnjih misijah! Kot vedno bo prišlo še več dogodivščin, ko se SOLARBOI razvija in potuje vse dlje od doma!