SOLARBOI - en 4G Solar Rover ud for at udforske verden !: 3 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Siden jeg var ung, har jeg altid elsket at udforske. I årenes løb har jeg set mange bygninger af fjernbetjeningsbiler styret over WiFi, og de så sjove nok ud. Men jeg drømte om at gå så meget længere - ud i den virkelige verden, langt ud over mit hus, min gade eller endda min forstad. Jeg længtes efter at bygge en robot, der kunne gå langt ud over. For at gøre dette piskede jeg en robot udstyret med et kamera, en 4G -dataforbindelse og et solcelleanlæg, der er i stand til at muliggøre missioner dage, uger eller endda måneder lange. Jeg streamer nu regelmæssigt live -missioner på Twitch.tv, og SOLARBOI gør sit til at forsøge at gå længere ind i det australske landskab end nogen robot nogensinde har haft før! SOLARBOIs mål er at blive efterladt i en australsk landsby og navigere sin vej ud, ind på landet og videre til yderligere destinationer. Den kan ikke modtage ekstern bistand til sin mission, ellers anses den for at have mislykkedes. Det skal gøre sin vej, kilometer for kilometer, over dage og uger, og kun stole på, at solen skal oplades og 4G -netværket til kommunikation tilbage til basen. Selvom det grundlæggende i projektet lyder let, er det utroligt svært at fjerne det! Denne vejledning tjener til at forklare det grundlæggende om, hvordan SOLARBOI fungerer, og præsentere ideer til, hvordan man bedst skaber en robotplatform, der kan overleve udendørs i uger i træk. Det er ikke en nøjagtig trin-for-trin manual til, hvordan du opretter din egen; i stedet er det et spring-off-punkt, som du kan bruge til at udforske dine egne bygninger og designs.

Trin 1: Trin 1: Hardware

Først og fremmest skal du bruge et chassis til din robot. Mens mange eksperimenterer med 3D -printede rover -designs, valgte jeg at bruge et elsket legetøj fra min barndom. Radio Shack RAMINATOR så cool ud, med store dæk, firehjulstræk og arbejdsophæng ud af kassen. Selvom det er optimeret til hastighed over drejningsmoment, besluttede jeg, at dette ville gøre det pænt som grundlag for mit rover -projekt. Efter at have revet RC-hardware af legetøjskvalitet ud, erstattede jeg motoren i en Hobbyking børstet ESC, mens jeg fjernede den originale styreopsætning og erstattede den med en hårdfør servo. Litiumpolymerbatterier blev installeret for at give SOLARBOI magt til at køre i timevis ad gangen.

Med mekanikerne ude af vejen er kommando og kontrol den næste store overvejelse. Til dette besluttede jeg mig for en Raspberry Pi Zero. Den er designet til at nippe til en lille mængde energi, er kompatibel med USB-periferiudstyr og er perfekt til et internetforbundet projekt. Som en bonus fungerer det godt med Raspberry Pi -kameraet, hvilket er nøglen til at give os et overblik over robotens omgivelser, når vi er ude i marken. Jeg valgte et fish-eye-kameraobjektiv til SOLARBOI, hvilket gav os en flot vidvinkel til at hjælpe med at navigere i verden som helhed. For en forbindelse tilbage til hjemmebasen er vi afhængige af en 4G -dongle, som giver os den høje båndbredde, vi har brug for for at sende kommandoer til robotten og modtage video tilbage.

Solenergi er nøglen til SOLARBOIs mission, deraf navnet. Et 20W solpanel er monteret for at få mest muligt ud af solen, selv på dage, der er mere overskyet end solrigt. Det bruges til at oplade batterierne i løbet af dagen, så SOLARBOI derefter kan køre om natten, væk fra nysgerrige øjne og ondsindede interlopere. Selvfølgelig kan vi, selvom den lave strøm Pi Zero kører showet, ikke lade den køre alle ellers ville vi tømme batterierne for hurtigt. Således skal Pi slukkes det meste af tiden, men tændes med jævne mellemrum for at rapportere SOLARBOIs position og give os mulighed for at logge ind og køre robotten, når vi ønsker det. For at opnå dette kører en Arduino Pro Micro et specielt program, der tænder SOLARBOI i de første 5 minutter i hver time. Hvis vi logger ind på robotten fra Mission Control, vil den blive ved, så vi kan udføre missionen. Hvis den ikke registrerer en forbindelse, driver den Raspberry Pi tilbage for at spare energi og få mest muligt ud af solenergien. GPS bruges også for at sikre, at Mission Control altid er opmærksom på SOLARBOIs position. Når man kører på landet i nat om natten, kan det være meget svært at navigere efter visuelle tegn alene. Således giver GPS'en os mulighed for at opretholde en løsning på robotens placering og nå vores mål dybt ind i det regionale Australien.

Trin 2: Trin 2: Softwaren

Det er klart, at det er godt og godt at have en rover, men det har brug for software for at få det til at fungere. SOLARBOIs software er under konstant udvikling, hvilket muliggør bedre ydeevne og forbedrer brugervenligheden over tid.

Roveren bruger Raspbian, standard OS til Raspberry Pi Zero. Mission Control kører på Windows. Dette forårsager nogle problemer med forskellige Linux -værktøjer, der skal installeres specielt hos Mission Control. I sidste ende har denne opsætning imidlertid givet os mulighed for at køre mange vellykkede kilometer med SOLARBOI og gør jobbet godt. Video streames fra robotten tilbage til Mission Control via Gstreamer. Det er svært at bruge og ikke veldokumenteret for begynderen. Det gør det dog muligt for os at have en lav latenstid lyd- og videostream fra robotten, der er næsten god nok til, at vi kan køre uden for mange problemer. Frafald forekommer, og der er en vis forsinkelse, men når du bygger verdens første robotter til at udforske landskabet, får du det bedste ud af det, du har! Streaming udføres i native H264 fra Raspberry Pi -kameraet for at undgå at lægge for meget belastning på Pi Zero ved at transkode på flyve. Kontrol af robotten sker via brugerdefineret Python -kode med en server/klientarkitektur. Ved hjælp af biblioteker som PiGPIO og Servoblaster er vi let i stand til at styre robotens drivsystem og andre funktioner i realtid. Installationen er let, takket være det veludviklede Raspberry Pi-økosystem.

Vi bruger en række forskellige biblioteker i Python til at vise telemetri på skærmen. Vigtigst er MatPlotLib, der tegner vores batteridiagrammer i Mission Control, så vi kan overvåge SOLARBOIs ydeevne under en live -mission.

Trin 3: Trin 3: De ting, du kun lærer i marken

Ingen plan overlever den første kontakt med fjenden, som man siger. På en sådan måde har SOLARBOI gennemgået mange forsøg i sine forsøg på at navigere til en gammeldags telefonboks dybt i det landlige New South Wales. Det er lektioner, som ofte kun kan læres i felten, og dem vi har lært på den hårde måde. Stealth er en primær bekymring. Hvis robotten skiller sig ud fra sine omgivelser, kan den let findes af forbipasserende, mens den oplades i løbet af dagen. På grund af platformens lille størrelse og vægt kunne SOLARBOI let blive stjålet eller ødelagt og dermed mislykkes sin mission. Dette er en risiko, vi tager, hver gang vi implementerer i naturen. For at afbøde dette er SOLARBOI malet i en grøn slidt finish i et forsøg på at blande sig i. At finde et sikkert sted at oplade med masser af sollys, men minimal synlighed er en løbende udfordring. På trods af SOLARBOIs stærke offroad -legitimationsoplysninger er det ikke i stand til at overvinde enhver forhindring på sin vej. Vi har tidligere haft problemer med at sidde fast på klipper eller styrte ind i små træer. Det meste af tiden skyldes dette et kamera med et dårligt synsfelt, lave lysniveauer om natten og ekstrem træthed fra operatørens side. Vores opgraderinger til bedre forlygter og fiskeøjeobjektiver har til formål at afværge dette problem i fremtiden. Langsom og stabil fremgang, frem for direkte hastighed, er også et godt mantra at leve efter for at undgå at styrte ind i genstande, når du kører med en videoforsinkelse på 500 ms. Enkel implementering i landet medfører sine egne problemer. Det betyder, at SOLARBOIs hardware skal være i topform, for at en rejse på mange timer til indsættelsesområdet ikke skal være forgæves. Dette har kostet os meget benzin og tid i tidligere missioner, og noget, vi agter at undgå med strenge test i fremtiden. Ikke desto mindre er det noget, man skal overveje, når man sætter en robot langt væk. Endelig er gode faciliteter ved Mission Control et must. Caffien skal være til stede for at holde besætningen skarp og opmærksom, samt vand for at opretholde korrekt hydrering. Klar og opdateret telemetri er også nyttig til hurtigt at diagnosticere problemer, og et videofeed med lav latens, der er fri for frafald, er det bedste til problemfri kørsel i den australske vildmark. Dette giver også chaufføren mulighed for at få mest muligt ud af SOLARBOIs hastighed, hvor det er nødvendigt, for at undgå forbigående biler, dyreliv eller Shackleton the Cat, som vi mødte i Mission 1. Samlet set har SOLARBOI meget længere at gå i fremtidige missioner, og ideelt set vil bruge mange måneder på marken for at udforske vidt og bredt. For at følge SOLARBOIs rejse, følg med på Twitch.tv og Youtube, og nyd missionerne herunder! Som altid vil der komme flere eventyr, når SOLARBOI udvikler sig og rejser længere og længere hjemmefra!