Arduino болон Raspberry Pi тэжээвэр амьтдыг хянах систем: 19 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Саяхан амралтаараа гэрийн тэжээвэр амьтан Beagle -тэй холбогдоогүйг бид ойлгосон. Судалгаа хийсний дараа бид гэрийн тэжээвэр амьтдыг хянах, түүнтэй харилцах боломжийг олгодог статик камертай бүтээгдэхүүнийг олж мэдэв. Эдгээр системүүд нь тодорхой давуу талтай боловч олон талт чанаргүй байсан. Жишээлбэл, өрөө бүрт гэрийн тэжээвэр амьтдынхаа бүртгэлийг хөтлөх нэгж шаардлагатай байв.

Тиймээс бид байшингийн эргэн тойронд маневр хийх чадвартай, хүчирхэг робот бүтээсэн бөгөөд гэрийн тэжээвэр амьтдыг интернетийн хүчийг ашиглан хянаж чаддаг. Ухаалаг гар утасны аппликейшн нь гэрийн тэжээвэр амьтантай шууд видео тэжээлээр дамжуулан харилцах зориулалттай байв. 3D хэвлэх, лазер хайчлах ашиглан хэд хэдэн хэсгийг бүтээсэн тул роботын явах эд анги нь дижитал хэлбэрээр хийгдсэн болно. Эцэст нь бид гэрийн тэжээвэр амьтнаа урамшуулахын тулд амттан өгдөг бонус функцийг нэмж өгөхөөр шийдлээ.

Өөрийн гэрийн тэжээвэр амьтдын хяналтын системийг бий болгохын тулд үүнийг дагаж, үүнийг өөрийн хэрэгцээнд нийцүүлэн өөрчилж болно. Манай гэрийн тэжээвэр амьтан хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлж, роботыг илүү сайн ойлгохын тулд дээрх холбоосыг үзнэ үү. Төсөл танд таалагдсан бол "Роботын уралдаан" -д саналаа өгөөрэй.

Алхам 1: Дизайн тойм

Гэрийн тэжээвэр амьтдыг хянах роботыг төсөөлөхийн тулд бид үүнийг анх fusion 360 дээр бүтээсэн. Түүний зарим онцлог шинж чанаруудыг энд харуулав.

Роботыг интернетээр дамжуулан апп -аар удирдах боломжтой. Ингэснээр хэрэглэгч хаанаас ч хамаагүй роботтой холбогдох боломжтой болно

Ухаалаг гар утас руу видео тэжээл дамжуулдаг шууд камер нь хэрэглэгчийг гэрийнхээ эргэн тойронд маневр хийх, гэрийн тэжээвэр амьтантай харьцахад тусална

Гэрийн тэжээвэр амьтнаа алсаас шагнах боломжтой нэмэлт аяга таваг

Роботоо тохируулах боломжийг олгодог дижитал хийцтэй хэсгүүд

Raspberry Pi нь интернэтэд холбогдсон wifi горимтой тул интернетэд холбогдоход ашиглагджээ

Ардуиног CNC бамбайтай хамт stepper моторуудад тушаал өгөхөд ашигласан

Алхам 2: Шаардлагатай материал

Гэрийн тэжээвэр амьтдыг хянах Arduino болон Raspberry Pi хөдөлгүүртэй робот хийхэд шаардлагатай бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн жагсаалтыг энд оруулав. Бүх эд ангиуд нийтэд нээлттэй байх ёстой бөгөөд олоход хялбар байх ёстой.

ЦАХИЛГААН:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (хамгийн сүүлийн үеийн raspbian -ээр цацагдсан) x 1
• CNC бамбай x 1
• A4988 Stepper Motor Driver x 2
• Пикамер x 1
• Хэт авианы зайн мэдрэгч x 1
• 11.1v Lipo зай x 1
• NEMA 17 Stepper Motor x 2
• 5V UBEC x 1

ТОНОГ ТӨХӨӨРӨМЖ:

• Дугуй x 2 (бидний ашигладаг дугуй нь 7см диаметртэй байсан)
• Castor Wheels x 2
• М4 ба М3 самар, боолт

Arduino болон Raspberry Pi -г эс тооцвол энэ төслийн нийт өртөг 50 орчим доллар байна.

Алхам 3: Тоон хэлбэрээр үйлдвэрлэсэн эд анги

Энэ төсөлд бидний ашиглаж байсан зарим хэсгийг захиалгаар хийх ёстой байсан. Эдгээрийг анх Fusion 360 дээр загварчилж, дараа нь 3D принтер, лазер таслагч ашиглан хийжээ. 3D хэвлэсэн эд анги нь тийм ч их ачаалал өгдөггүй тул 20% дүүргэлт бүхий стандарт PLA нь маш сайн ажилладаг. 3D хэвлэсэн болон лазераар хайчлах бүх хэсгүүдийн жагсаалтыг доор харуулав.

3D хэвлэсэн хэсэг:

• Stepper эзэмшигч x 2
• Харааны системийн бэхэлгээ x 1
• Электроникийн зогсолт x 4
• Босоо зайг x 4
• Явах эд анги арматур x 2
• Савны тагийг эмчлэх x 1
• Bowl x 1 -ийг эмчил
• Арын Stepper Mount x 1
• Ороомог диск x 1

Ласеркутын эд анги:

• Доод самбар x 1
• Дээд самбар x 1

Бүх STL болон лазер хайчлах файлуудыг агуулсан зип хавтасыг доороос олж болно.

Алхам 4: Stepper моторыг холбох

Бүх эд ангиудыг 3D хэлбэрээр хэвлэсний дараа stepper моторыг step эзэмшигчид суурилуулж угсрах ажлыг эхлүүлнэ. Бидний зохион бүтээсэн stepper мотор эзэмшигч нь NEMA 17 загварт зориулагдсан болно (хэрэв өөр stepper ашигладаг бол өөр бэхэлгээ шаардлагатай болно). Хөдөлгүүрийн босоо амыг нүхээр дамжуулж, моторыг боолтоор нь бэхлээрэй. Үүнийг хийсний дараа хоёр моторыг эзэмшигчдэд найдвартай барих ёстой.

Алхам 5: Steppers -ийг доод самбар дээр суурилуулах

Лазераар тайрсан доод самбар дээр эзэмшигчдийг холбохын тулд бид M4 боолтыг ашигласан. Самараар бэхлэхийн өмнө 3D хэвлэсэн явах эд ангиудын арматурын туузыг нэмж, дараа нь самар бэхлээрэй. Туузыг нийлэг хавтан дээр ачааллыг жигд хуваарилахад ашигладаг.

Эцэст нь утсыг самбар дээр байрлуулсан холбогдох үүрээр дамжуулна. Дугуйнд орооцолдохгүйн тулд тэдгээрийг бүхэлд нь татах хэрэгтэй.

Алхам 6: Дугуйг суурилуулах

Нийлэг хавтан нь дугуйнд тохирсон хоёр хэсэгтэй. Бидний ашигладаг дугуйнууд нь 7см диаметртэй бөгөөд 5мм -ийн босоо аманд бэхлэгдсэн боолттой ирдэг. Дугуйг сайн бэхэлсэн бөгөөд босоо аманд гулсахгүй байгаа эсэхийг шалгаарай.

Алхам 7: Урд ба хойд кастор дугуй

Явах эд ангиудыг жигд хөдөлгөх боломжийг олгохын тулд бид роботын урд ба хойд хэсэгт кастер дугуй байрлуулахаар шийдсэн. Энэ нь робот унахаас сэргийлж зогсохгүй явах эд анги нь аль ч чиглэлд чөлөөтэй эргэх боломжийг олгодог. Кастер дугуй нь бүх хэмжээтэй байдаг, ялангуяа манай дугуй нь эргүүлэх зориулалттай боолттой ирдэг бөгөөд робот төгс хэвтээ байхын тулд өндрийг тохируулахын тулд 3d хэвлэсэн тусгаарлагч ашигладаг. Үүний тусламжтайгаар явах эд ангиудын суурь нь бүрэн гүйцэд бөгөөд тогтвортой байдал сайтай байдаг.

Алхам 8: Электроник

Явах эд ангиудын суурийг бүрэн угсарсны дараа электроникийг нийлэг хавтан дээр суурилуулах цаг болжээ. Бид нийлэг хавтан дээр Arduino болон Raspberry Pi -ийн бэхэлгээний нүхэнд нийцсэн нүх гаргав. 3D хэвлэмэл зогсолтыг ашиглан бид цахилгаан хэрэгслийг нийлэг хавтангаас арай дээш өргөж, илүүдэл утсыг доороос нь сайтар салгаж авах боломжтой болсон. M3 самар ба боолтыг ашиглан Arduino болон Raspberry Pi -ийг холбогдох байршилд холбоно уу. Arduino -ийг зассаны дараа CNC бамбайг Arduino -д холбож, stepper утаснуудыг дараах тохиргоонд холбоно уу.

• Зүүн алхам нь CNC бамбай X тэнхлэг порт руу
• CNC бамбай Y тэнхлэг порт руу баруун алхам

Stepper мотор хавсаргасан тул Arduino -ийн USB кабелийг ашиглан Arduino -ийг Raspberry Pi -тэй холбоно уу. Эцэст нь Raspberry Pi, Arduino нар энэ кабелиар харилцах болно.

Тэмдэглэл: Роботын урд хэсэг нь Raspberry Pi -ийн хажуу тал юм

Алхам 9: Алсын харааны систем

Манай гэрийн тэжээвэр амьтдыг хянах роботын гол орчин бол алсын хараа юм. Бид Raspberry Pi -тэй нийцсэн пикамераг ашиглан интернетээр дамжуулан хэрэглэгчдэд шууд дамжуулахаар шийдсэн. Мөн робот бие даан ажиллаж байх үед саад бэрхшээлээс зайлсхийхийн тулд хэт авианы зайн мэдрэгчийг ашигласан. Хоёр мэдрэгч нь шурагны тусламжтайгаар бэхэлгээнд бэхлэгддэг.

Picamera нь Raspberry Pi дээрх тусгай порт руу ороод хэт авианы мэдрэгчийг дараах байдлаар холбоно.

• Хэт авианы мэдрэгч VCC нь 5V төмөр замд CNC бамбай дээр байрладаг
• Хэт авианы мэдрэгч GND нь CNC бамбай дээрх GND төмөр замтай
• Хэт авианы мэдрэгч TRIG нь CNC бамбай дээрх X+ төгсгөлийн зүү юм
• Хэт авианы мэдрэгч ECHO нь Y+ төгсгөлийн зүү CNC бамбай дээр

Алхам 10: Дээд самбарын угсралт

Роботын ар талд амттан хийх зориулалттай тагны нээлтийн системийг суурилуулсан байна. Мини stepper моторыг арын эзэмшигчийн бүрэлдэхүүн хэсэгт холбож, M3 боолттой харааны систем ба ороомгийн системийг хоёуланг нь дээд самбар дээр холбоно. Дээр дурдсанчлан харааны системийг урд талд, ороомгийн системийг арын хэсэгт хоёр нүхээр бэхлэхээ мартуузай.

Алхам 11: Дээд самбарын угсралт

Бид дээд самбарыг зөв өндрөөр дэмжихийн тулд босоо зайг 3d хэлбэрээр хэвлэв. Дөрвөн тусгаарлагчийг доод самбар дээр холбож "X" үсэг үүсгээрэй. Дараа нь дээд самбарыг амны тавиураар байрлуулж, нүхнүүд нь хоорондоо нийцэж байгаа эсэхийг шалгаад эцэст нь тусгаарлагчид бэхлээрэй.

Алхам 12: Тагыг нээх механизм

Эмчилгээний савны тагийг хянахын тулд бид жижигхэн шаталсан мотор ашиглан тагны хавсаргасан нейлон утсыг салгаж онгойлгов. Тагийг бэхлэхийн өмнө утсыг тагны 2 мм -ийн нүхээр дамжуулж, дотор талаас нь зангидна. Дараа нь утаснуудын нөгөө үзүүрийг хайчилж, ороомгийн диск дээр байрлуулсан нүхнүүдээр шургуул. Дискийг stepper дээр түлхэж, мөрийг нь чангалах хүртэл татна. Хийж дууссаны дараа илүүдлийг нь хайчилж, зангидна. Төгсгөлд нь боолт, самар ашиглан тагийг саванд хийж, эргүүлж байгаа эсэхийг шалгаарай. Одоо stepper эргэх үед утас дискэн дээр салхилж, таг аажмаар нээгдэх ёстой.

Алхам 13: Үүл мэдээллийн санг тохируулах

Эхний алхам бол системийн мэдээллийн баазыг бий болгох бөгөөд ингэснээр та роботтой гар утасны програмаасаа дэлхийн хаанаас ч хамаагүй харилцах боломжтой болно. Дараах линк дээр дарна уу (Google firebase), энэ нь таныг Firebase вэбсайт руу хөтлөх болно (та Google акаунтаараа нэвтрэх шаардлагатай болно). "Эхлэх" товчийг дарна уу, энэ нь таныг firebase консол руу шилжүүлэх болно. Дараа нь "Төсөл нэмэх" товчийг дарж шинэ төсөл үүсгэж, шаардлагыг (нэр, дэлгэрэнгүй мэдээлэл гэх мэт) бөглөж, "Төсөл үүсгэх" товчийг дарж дуусгана уу.

Бидэнд Firebase-ийн мэдээллийн сангийн хэрэгслүүд хэрэгтэй байгаа тул зүүн талын цэснээс "мэдээллийн сан" -г сонгоно уу. Дараа нь "Өгөгдлийн сан үүсгэх" товчийг дараад "туршилтын горим" сонголтыг сонгоно уу. Дараа нь дээд хэсэгт байрлах унах цэс дээр дарж мэдээллийн санг "үүлний галын дэлгүүр" биш харин "бодит цагийн мэдээллийн сан" болгож тохируулна уу. "Дүрэм" табыг сонгоод хоёр "худал" -ыг "үнэн" болгон өөрчилж, эцэст нь "өгөгдөл" таб дээр дараад мэдээллийн баазын URL -ийг хуулж аваарай, үүнийг дараа нь хийх шаардлагатай болно.

Таны хийх ёстой хамгийн сүүлийн зүйл бол төслийн тоймны хажууд байгаа арааны дүрс дээр дарж, "төслийн тохиргоо" дээр дарж, "үйлчилгээний дансууд" табыг сонгоод, эцэст нь "мэдээллийн баазын нууц" дээр дарж аюулгүй байдлыг тэмдэглэх явдал юм. таны мэдээллийн сангийн код. Энэ алхамыг хийсний дараа та ухаалаг гар утас болон Raspberry Pi -ээс хандах боломжтой үүл мэдээллийн баазаа амжилттай үүсгэсэн болно. (Хэрэв эргэлзэж байвал дээрх хавсаргасан зургуудыг ашиглаарай, эсвэл коммент хэсэгт асуултаа бичээрэй)

Алхам 14: Мобайл апп үүсгэх

IoT системийн дараагийн хэсэг нь ухаалаг гар утасны програм юм. Бид MIT App Inventor -ийг ашиглан өөрийн хүссэн програмаа хийхээр шийдсэн. Бидний үүсгэсэн програмыг ашиглахын тулд эхлээд дараах линкийг нээнэ үү (MIT App Inventor), энэ нь таныг тэдний вэб хуудас руу хөтлөх болно. Дараа нь дэлгэцийн дээд хэсэгт байрлах "програм үүсгэх" дээр дараад Google акаунтаараа нэвтэрнэ үү.

Доорх линкээр орсон.aia файлыг татаж аваарай. "Төслүүд" табыг нээгээд "Миний компьютерээс төсөл оруулах (. Aia)" дээр дарж татаж авсан файлаа сонгоод "OK" дээр дарна уу. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн цонхонд "FirebaseDB1" -ийг харах хүртэл доошоо гүйлгэж, дээр нь дараад "FirebaseToken", "FirebaseURL" -ийг өмнөх алхам дээр тэмдэглэж байсан утгууд болгон өөрчилнө үү. Эдгээр алхамуудыг хийсний дараа та програмыг татаж аваад суулгахад бэлэн болно. Та "Бүтээх" таб дээр дарж "Апп (.apk -ийн QR кодыг оруулна уу)" дээр дарж, дараа нь ухаалаг гар утсаараа QR кодыг скан хийх эсвэл "Апп (миний компьютерт хадгалах.apk) дээр дарж програмыг шууд утсан дээрээ татаж авах боломжтой.) "Та apk файлыг компьютер дээрээ татаж аваад дараа нь ухаалаг гар утсандаа шилжүүлж болно.

Алхам 15: Raspberry Pi програмчлах

Raspberry Pi нь хоёр үндсэн шалтгаанаар ашиглагддаг.

1. Энэ нь роботоос шууд видео дамжуулалтыг вэб сервер рүү дамжуулдаг. Энэ урсгалыг хэрэглэгч гар утасны апп ашиглан үзэх боломжтой.
2. Энэ нь firebase мэдээллийн баазын шинэчилсэн тушаалуудыг уншиж, Arduino -д шаардлагатай ажлуудыг гүйцэтгэхийг зааж өгдөг.

Raspberry Pi-г шууд дамжуулахаар тохируулахын тулд нарийвчилсан заавар аль хэдийн бэлэн болсон бөгөөд эндээс олж болно. Заавар нь гурван энгийн команд хүртэл буурдаг. Raspberry Pi -ийг асаагаад терминалыг нээгээд дараах тушаалуудыг оруулна уу.

• git clone
• cd RPi_Cam_Web_Interface
• ./install.sh

Суулгалт дууссаны дараа Pi -г дахин эхлүүлээрэй, та ямар ч вэб хөтөч дээр https:// өөрийн Pi -ийн IP хаягийг хайх замаар урсгал руу нэвтрэх боломжтой байх ёстой.

Шууд дамжуулалтыг тохируулсны дараа та үүл мэдээллийн санг ашиглахын тулд тодорхой номын санг татаж авах хэрэгтэй болно. Pi дээрээ терминал нээгээд дараах тушаалуудыг оруулна уу.

• sudo pip суулгах хүсэлт == 1.1.0
• sudo pip нь python-firebase суулгана

Эцэст нь доор хавсаргасан питон файлыг татаж аваад Raspberry Pi дээрээ хадгална уу. Кодын дөрөв дэх мөрөнд COM портыг Arduino холбогдсон порт болгон өөрчилнө үү. Дараа нь 8 -р мөрөнд байгаа URL -г өмнө нь тэмдэглэж байсан галын баазын URL болгож өөрчил. Эцэст нь програмыг терминалаар ажиллуулна уу. Энэ програм нь үүл мэдээллийн сангаас тушаалуудыг авч, цуваа холболтоор дамжуулан Arduino руу дамжуулдаг.

Алхам 16: Arduino програмчлах

Arduino нь Pi -ийн тушаалуудыг тайлбарлахад ашигладаг бөгөөд робот дээрх идэвхжүүлэгчдэд шаардлагатай ажлуудыг гүйцэтгэхийг зааж өгдөг. Доор хавсаргасан Arduino кодыг татаж аваад Arduino дээр байршуулна уу. Arduino програмчлагдсаны дараа тусгай USB кабель ашиглан Pi -ийн USB портуудтай холбоно уу.

Алхам 17: системийг асаах

Робот нь 3 эсийн липо батерейг унтраана. Батерейны терминалуудыг хоёр хэсэгт хуваах шаардлагатай бөгөөд нэг нь моторыг тэжээхийн тулд шууд CNC бамбай руу ордог бол нөгөө нь 5v UBEC -тэй холбогддог бөгөөд энэ нь Raspberry Pi -ийг тэжээхэд ашигладаг 5V -ийн цахилгаан шугамыг бий болгодог. GPIO зүү. UBEC -ээс ирсэн 5v нь Raspberry Pi -ийн 5v зүүтэй, UBEC -ийн GND нь Pi дээрх GND зүүтэй холбогдсон байна.

Алхам 18: Апп ашиглах

Програмын интерфейс нь хяналтын роботыг хянах, мөн камер дээрх шууд тэжээлийг дамжуулах боломжийг олгодог. Роботтойгоо холбогдохын тулд тогтвортой интернет холболттой байгаа эсэхээ шалгаарай, дараа нь Raspberry Pi -ийн IP хаягийг оруулсан текст хайрцагт бичээд шинэчлэх товчийг дарна уу. Үүнийг хийсний дараа шууд тэжээл таны дэлгэц дээр гарч ирэх бөгөөд та роботын янз бүрийн функцийг хянах чадвартай байх ёстой.

Алхам 19: Туршилтанд бэлэн байна

Таны гэрийн тэжээвэр амьтдыг хянах робот бүрэн угсарч дууссаны дараа нохойны амттангаар аягыг дүүргэж болно. Аппыг нээгээд камераа холбоод хөгжилтэй байгаарай! Бид одоогоор ровер болон Beagle -тойгоо тоглож байгаа бөгөөд маш хөгжилтэй мөчүүдийг авсан.

Нохой энэ хөдөлж буй объектын анхны айдсыг даван туулсныхаа дараа гэрийнхээ эргэн тойронд ботыг хөөцөлдөж байв. Усан онгоцны камер нь хүрээлэн буй орчныг сайн өнцгөөр харах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь маневр хийхэд нэлээд хялбар болгодог.

Бодит ертөнцөд илүү сайн ажиллахын тулд сайжруулах зүйл бий. Үүний дагуу бид хүчирхэг системийг бий болгосон бөгөөд үүнийг цаашид хөгжүүлэх, өргөжүүлэх боломжтой болно. Хэрэв танд энэ төсөл таалагдсан бол "Роботын уралдаан" тэмцээнд оролцохдоо саналаа өгөөрэй.

Аз жаргалтай болгох!

Роботын тэмцээний хоёрдугаар шагнал