Arduino және Raspberry Pi қуатты жануарларды бақылау жүйесі: 19 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Жақында демалыс кезінде біз үй жануарлары Beagle -мен байланыстың жоқтығын түсіндік. Кейбір зерттеулерден кейін біз үй жануарларын бақылауға және олармен сөйлесуге мүмкіндік беретін статикалық камерасы бар өнімдерді таптық. Бұл жүйелердің белгілі бір артықшылықтары болды, бірақ әмбебаптығы жоқ. Мысалы, әр бөлмеде үйдегі үй жануарларын қадағалау үшін бірлік қажет болды.

Сондықтан біз үйдің айналасында маневр жасай алатын және үй жануарларын интернеттің күшімен бақылай алатын мықты робот жасадық. Смартфон қосымшасы сіздің үй жануарларыңызбен тікелей бейне таспа арқылы қарым -қатынас жасауға арналған. Роботтың шассиі цифрлық түрде жасалған, өйткені бірнеше бөліктер 3D басып шығару мен лазерлік кесу арқылы жасалған. Ақырында, біз сіздің үй жануарыңызды марапаттау үшін сыйлықтар беретін бонустық мүмкіндікті қосуды шештік.

Үй жануарларын бақылаудың жеке жүйесін құруды жалғастырыңыз, мүмкін оны сіздің қажеттіліктеріңізге сәйкес келтіріңіз. Біздің үй жануарлары қалай әрекет еткенін және роботты жақсы түсіну үшін жоғарыда көрсетілген бейнені қараңыз. Егер сізге жоба ұнаған болса, «Робототехника байқауында» дауыс беруден бас тартыңыз.

1 -қадам: Дизайнға шолу

Үй жануарларын бақылайтын роботты тұжырымдау үшін біз оны алдымен fusion 360 -та жасадық. Оның кейбір ерекшеліктері:

Роботты интернет арқылы қосымша арқылы басқаруға болады. Бұл пайдаланушыға роботқа кез келген жерден қосылуға мүмкіндік береді

Смартфонға бейнематериалды тікелей жіберетін камера қолданушыға үйдің айналасында маневр жасауға және үй жануарымен қарым -қатынас жасауға көмектеседі

Сіздің үй жануарыңызды қашықтан марапаттай алатын қосымша табақ

Роботты баптауға мүмкіндік беретін цифрлық дайындалған бөлшектер

Raspberry Pi интернетке қосылу үшін пайдаланылды, себебі оның борттық WiFi режимі бар

Қадамдық қозғалтқыштарға пәрмен беру үшін CNC қалқанымен бірге Arduino қолданылды

2 -қадам: Қажетті материалдар

Міне, сіздің жеке Arduino және Raspberry Pi-мен жұмыс істейтін үй жануарларын бақылау роботын жасауға қажетті барлық компоненттердің тізімі. Барлық бөлшектер қол жетімді болуы керек және оңай табылуы керек.

ЭЛЕКТРОНИКА:

• Arduino Uno x 1
• Raspberry Pi (соңғы таңқурай тілінде) x 1
• CNC қалқаны x 1
• A4988 қадамдық мотор драйвері x 2
• Пикамера x 1
• Ультрадыбыстық қашықтық сенсоры x 1
• 11.1v липо батареясы x 1
• NEMA 17 қадамдық қозғалтқыш x 2
• 5В UBEC x 1

ЖАБДЫҚ:

• Дөңгелектер x 2 (біз қолданған дөңгелектер диаметрі 7 см болатын)
• Кастор дөңгелектері x 2
• М4 және М3 гайкалар мен болттар

Бұл жобаның жалпы құны Arduino мен Raspberry Pi -ні қоспағанда шамамен 50 долларды құрайды.

3 -қадам: цифрлық дайындалған бөлшектер

Біз осы жобада қолданған кейбір бөлшектерді тапсырыс бойынша жасау керек болды. Олар алдымен Fusion 360 -да модельденген, содан кейін 3D принтер мен лазерлік кескіш көмегімен жасалған. 3D басып шығарылған бөлшектер көп жүктемейді, сондықтан 20% толтырумен стандартты PLA жақсы жұмыс істейді. Төменде 3D басып шығарылған және лазермен кесілген барлық бөлшектердің тізімі берілген:

3D басып шығарылған бөлшектер:

• Қадам ұстағыш x 2
• Көру жүйесінің бекіткіші x 1
• Электрониканың тоқтауы x 4
• Тік аралық x 4
• Шассиді күшейту x 2
• Ыдыс қақпағын емдеңіз x 1
• Тостағанды емдеңіз x 1
• Артқы қадамдық бекітпе x 1
• Айналмалы диск x 1

Ласеркут бөлшектері:

• Төменгі панель x 1
• Жоғарғы панель x 1

Барлық STL мен лазерлік кесу файлдары бар қысылған қалтаны төменде табуға болады.

4 -қадам: Қадамдық моторды бекіту

Барлық бөліктер 3D басып шығарылғаннан кейін, қадамдық қозғалтқышты қадам ұстағышына орнатудан құрастыруды бастаңыз. Біз ойлап тапқан моторлы ұстағыш NEMA 17 үлгісіне арналған (егер басқа степперлер қолданылса, ол басқа бекіткішті қажет етеді). Қозғалтқыш білігін тесік арқылы өткізіп, моторды бұрандалармен бекітіңіз. Аяқтағаннан кейін екі қозғалтқышты ұстаушыларға сенімді түрде ұстау керек.

5 -қадам: Қадамдарды төменгі панельге орнату

Ұстағыштарды лазермен кесілген төменгі панельге бекіту үшін біз M4 болттарын қолдандық. Оларды гайкалармен бекітпес бұрын, 3D басып шығарылған шассидің арматуралық жолақтарын қосыңыз, содан кейін жаңғақтарды бекітіңіз. Жолақтар акрил панельдегі жүктемені біркелкі бөлу үшін қолданылады.

Ақырында, сымдарды панельде берілген тиісті слоттардан өткізіңіз. Дөңгелектерге ілініп қалмас үшін, оларды толықтай тартқаныңызға көз жеткізіңіз.

6 -қадам: Дөңгелектерді орнату

Акрил панельде дөңгелектерге сәйкес келетін екі бөлік бар. Біз қолданған дөңгелектер диаметрі 7 см болатын және 5 мм қадамдық біліктерге бекітілген бұрандалармен келген. Дөңгелектің дұрыс бекітілгеніне және білікке сырғып кетпейтініне көз жеткізіңіз.

7 -қадам: Алдыңғы және артқы дөңгелектер

Шассидің тегіс қозғалуына мүмкіндік беру үшін біз роботтың алдыңғы және артқы жағына дөңгелектерді қоюды шештік. Бұл роботтың құлап кетуіне жол бермейді, сонымен қатар шассидің кез келген бағытта еркін айналуына мүмкіндік береді. Дөңгелек дөңгелектер әр түрлі мөлшерде келеді, әсіресе біздікі бұрандалы бұрандамен бірге келді, біз оны негізге орнаттық және робот мінсіз көлденең болатындай етіп биіктігін реттеу үшін 3d баспа аралықтарды қолдандық. Осымен шассидің негізі толық және жақсы тұрақтылыққа ие.

8 -қадам: электроника

Шассидің негізі толығымен жиналғаннан кейін, электрониканы акрил панельге орнату уақыты келді. Біз акрил панельінде Arduino мен Raspberry Pi орнататын тесіктерге сәйкес келетін тесіктер жасадық. 3D басып шығаруды қолдана отырып, біз электрониканы акрил панельдерден сәл жоғары көтердік, осылайша барлық артық сымдарды астына мұқият бекітуге болады. M3 гайкалары мен болттарын қолданып Arduino мен Raspberry Pi -ді тиісті орындарына орнатыңыз. Arduino бекітілгеннен кейін CNC қалқанын Arduino -ға бекітіңіз және қадамдық сымдарды келесі конфигурацияда қосыңыз.

• Сол жақ қадам CNC қалқанының X осі портына
• CNC қалқанының Y осі портына оң жақ қадам

Қадамдық қозғалтқыштар қосылған кезде Arduino USB кабелі арқылы Arduino -ны Raspberry Pi -ге қосыңыз. Ақырында Raspberry Pi мен Arduino осы кабель арқылы байланысады.

Ескерту: Роботтың алдыңғы жағы - Raspberry Pi бар жағы

9 -қадам: көру жүйесі

Біздің үй жануарларын бақылайтын роботтың негізгі ортасы - көру. Біз Raspberry Pi -мен үйлесімді пикамераны қолданушыға интернет арқылы тікелей ағынмен қамтамасыз етуді шештік. Біз робот автономды жұмыс жасағанда кедергілерді болдырмау үшін ультрадыбыстық қашықтық датчигін қолдандық. Екі сенсор да бұрандалардың көмегімен ұстағышқа бекітіледі.

Picamera Raspberry Pi -дегі белгіленген портқа кіріп, ультрадыбыстық сенсорды келесі түрде қосады:

• Ультрадыбыстық сенсор VCC CNC қалқанындағы 5В рельске дейін
• GND ультрадыбыстық датчигі CNC қалқанындағы GND рельсіне
• TRIG ультрадыбыстық сенсоры CNC қалқанындағы X+ шеткі түйреуішке дейін
• Ультрадыбыстық сенсор ECHO - CNC қалқанындағы Y+ ұштық түйреуіш

10 -қадам: жоғарғы панельді жинау

Роботтың артқы жағында сауытқа арналған қақпақты ашатын жүйе орнатылған. Кіші қадамдық қозғалтқышты артқы ұстағыш компонентіне бекітіңіз және жоғарғы панельге M3 болттары бар көру жүйесін де, орау жүйесін де орнатыңыз. Жоғарыда айтылғандай, көру жүйесін алдыңғы және артқы жағына екі тесікпен орнатыңыз.

11 -қадам: жоғарғы панельді жинау

Біз жоғарғы панельді қажетті биіктікте қолдау үшін тік басып шығарғыштарды 3d басып шығардық. Төрт аралықты төменгі панельге бекітіп, «X» белгісін жасаудан бастаңыз. Содан кейін үстіңгі тақтаны саңылаулардың тураланғанына көз жеткізіп, оны ыдыстарға қойыңыз да, ақырында аралықтарға бекітіңіз.

12 -қадам: Қақпақты ашу механизмі

Ыдыс -аяқтың қақпағын басқару үшін біз қақпаққа бекітілген нейлон жіпті орау үшін кішірек сатылы қозғалтқышты қолдандық. Қақпақты бекітпес бұрын, жіпті қақпақтағы 2 мм тесіктен өткізіп, ішкі жағынан түйін жасаңыз. Содан кейін жіптің екінші ұшын кесіп, орамалы дискідегі тесіктерден өткізіңіз. Дискіні қадамға итеріңіз, содан кейін жіпті тартылғанша тартыңыз. Аяқтағаннан кейін артық бөлігін жұлып алып, түйін байлаңыз. Соңында болт пен гайканы пайдаланып, тостағанға қақпақты бекітіңіз және оның айналатынына көз жеткізіңіз. Енді степпер айналған кезде жіп дискіге оралып, қақпағы біртіндеп ашылуы керек.

13 -қадам: бұлтты дерекқорды орнату

Бірінші қадам - бұл роботпен әлемнің кез келген нүктесінен мобильді қосымшадан сөйлесуге болатын мәліметтер базасын құру. Келесі сілтемені басыңыз (Google Firebase), бұл сізді Firebase веб -сайтына апарады (сіз Google есептік жазбаңызбен кіруіңіз керек). «Жұмысты бастау» түймесін басыңыз, ол сізді firebase консоліне апарады. Содан кейін «Жобаны қосу» түймесін басу арқылы жаңа жоба жасаңыз, талаптарды (атауын, мәліметтерін және т.б.) толтырыңыз және «Жобаны құру» түймесін басу арқылы аяқтаңыз.

Бізге тек Firebase дерекқорының құралдары қажет, сондықтан сол жақтағы мәзірден «мәліметтер базасын» таңдаңыз. Содан кейін «Мәліметтер қорын құру» түймесін басыңыз, «тест режимі» опциясын таңдаңыз. Содан кейін жоғарғы жағындағы ашылмалы мәзірді басу арқылы дерекқорды «бұлтты от қоймасының» орнына «нақты уақыттағы дерекқорға» орнатыңыз. «Ережелер» қойындысын таңдап, екі «жалған» сөзді «шын» етіп өзгертіңіз, соңында «деректер» қойындысын нұқыңыз және дерекқор URL мекенжайын көшіріңіз, бұл кейінірек қажет болады.

Сізге қажет соңғы нәрсе - жобаға шолу жанындағы беріліс белгішесін нұқу, содан кейін «жоба параметрлері», содан кейін «қызмет шоттары» қойындысын таңдау, соңында «деректер қорының құпиялары» түймесін басып, қауіпсіздікті ескерту. сіздің мәліметтер базасының коды. Бұл қадам аяқталғаннан кейін сіз смартфоннан және Raspberry Pi арқылы қол жеткізуге болатын бұлтты дерекқорды сәтті құрдыңыз. (Күмән туындаған жағдайда жоғарыдағы суреттерді қолданыңыз немесе түсініктеме бөліміне сұрақ қойыңыз)

14 -қадам: Мобильді қосымшаны құру

IoT жүйесінің келесі бөлігі - смартфон қосымшасы. Біз MIT App Inventor бағдарламасын өзіміздің жеке қосымшамыз үшін жасауды шештік. Біз жасаған қосымшаны пайдалану үшін алдымен келесі сілтемені ашыңыз (MIT App Inventor), ол сізді олардың веб -бетіне апарады. Содан кейін экранның жоғарғы жағындағы «Қолданбалар жасау» түймесін басыңыз, содан кейін Google есептік жазбасына кіріңіз.

Төменде байланыстырылған.aia файлын жүктеңіз. «Жобалар» қойындысын ашып, «Менің компьютерден жобаны импорттауды» нұқыңыз, содан кейін жаңа жүктелген файлды таңдап, «жарайды» түймесін басыңыз. Компоненттер терезесінде «FirebaseDB1» пайда болғанша төмен қарай жылжытыңыз, оны нұқыңыз және «FirebaseToken», «FirebaseURL» -ді алдыңғы қадамда сақтаған мәндерге өзгертіңіз. Бұл қадамдар аяқталғаннан кейін сіз қосымшаны жүктеуге және орнатуға дайынсыз. Қолданбаны «Құру» қойындысын басып, «Қолданба (.apk үшін QR кодын беру)» түймесін басып, смартфонмен QR кодын сканерлеу немесе «Қолданба (.apk файлын компьютерге сақтау) түймесін басу арқылы тікелей телефонға жүктеуге болады.) «Сіз apk файлын компьютерге жүктейсіз, оны смартфонға ауыстыруға болады.

15 -қадам: Raspberry Pi бағдарламалау

Raspberry Pi екі негізгі себеппен қолданылады.

1. Ол роботтан веб -серверге тікелей бейне ағыны жібереді. Бұл ағынды пайдаланушы мобильді қосымшаның көмегімен көре алады.
2. Ол Firebase мәліметтер базасындағы жаңартылған пәрмендерді оқиды және Arduino -ға қажетті тапсырмаларды орындауға нұсқау береді.

Raspberry Pi-ді тікелей эфирге орнату үшін егжей-тегжейлі оқулық бар және оны мына жерден табуға болады. Нұсқаулар үш қарапайым пәрменге дейін төмендейді. Raspberry Pi қосыңыз және терминалды ашыңыз және келесі пәрмендерді енгізіңіз.

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

Орнату аяқталғаннан кейін, Pi -ді қайта іске қосыңыз және сіз кез келген веб -браузерде https:// Pi -дің IP мекенжайын іздеу арқылы ағынға қол жеткізе аласыз.

Тікелей ағын орнатылған кезде, бұлтты дерекқорды пайдалану үшін сізге белгілі бір кітапханаларды жүктеу және орнату қажет болады. Pi -де терминал ашып, келесі пәрмендерді енгізіңіз:

• sudo pip орнату сұраулары == 1.1.0
• sudo pip python-firebase орнатады

Соңында, төменде берілген питон файлын жүктеп алып, оны Raspberry Pi -ге сақтаңыз. Кодтың төртінші жолында COM портын Arduino қосылған портқа өзгертіңіз. Әрі қарай, 8 -жолдағы URL мекенжайын бұрын жазған файсбук URL мекенжайына өзгертіңіз. Соңында бағдарламаны терминал арқылы іске қосыңыз. Бұл бағдарлама бұлтты дерекқордан пәрмендерді алады және оны сериялық қосылым арқылы Arduino -ға жібереді.

16 -қадам: Arduino бағдарламалау

Arduino Pi пәрмендерін түсіндіру үшін қолданылады және роботтағы жетектерге қажетті тапсырмаларды орындауға нұсқау береді. Төменде берілген Arduino кодын жүктеп алып, Arduino -ға жүктеңіз. Arduino бағдарламаланғаннан кейін оны арнайы USB кабелі арқылы Pi USB порттарының біріне қосыңыз.

17 -қадам: жүйені қуаттандыру

Робот 3 ұялы липо батареясынан ажыратылады. Батарея терминалдарын екіге бөлу керек, олардың бірі қозғалтқыштарды қуаттандыру үшін CNC қалқанына тікелей түседі, ал екіншісі 5 вольтты UBEC желісіне қосылады, ол Raspberry Pi арқылы қуат беру үшін қолданылатын тұрақты 5 вольтты электр желісін құрады. GPIO түйреуіштері. UBEC -тен 5v Raspberry Pi 5v түйреуішіне, ал UBEC -тен GND Pi -дегі GND түйреуішіне қосылады.

18 -қадам: Қолданбаны пайдалану

Қолданбаның интерфейсі бақылау роботын басқаруға, сондай -ақ борттық камерадан тікелей эфирді жіберуге мүмкіндік береді. Роботқа қосылу үшін тұрақты интернет байланысы бар екеніне көз жеткізіңіз, содан кейін Raspberry Pi -дің IP мекенжайын берілген мәтін ұясына енгізіп, жаңарту түймесін басыңыз. Аяқтағаннан кейін экранда тікелей эфир пайда болады және сіз роботтың әр түрлі функцияларын басқара аласыз.

19 -қадам: тестілеуге дайын

Енді сіздің үй жануарларын бақылайтын робот толық жиналған кезде, тостағанды итке арналған тағамдармен толтыруға болады. Қолданбаны ашыңыз, камераны қосыңыз және көңілді болыңыз! Біз қазір ровермен және Beagle -мен ойнадық және өте қызықты сәттерді түсірдік.

Ит осы қозғалатын заттан алғашқы қорқынышын жеңгеннен кейін, ол ботқа үйдің айналасындағы тағамдарды іздеді. Борттық камера қоршаған ортаның жақсы бұрышын ұсынады, бұл маневр жасауды жеңілдетеді.

Оның нақты әлемде жақсы жұмыс істеуін жақсартуға мүмкіндік бар. Айтуынша, біз мықты жүйе құрдық, оны одан әрі құруға және кеңейтуге болады. Егер сізге бұл жоба ұнаған болса, бізге «Робототехника сайысында» дауыс беріңіз.

Бақытты жасау!

Робототехника сайысының екінші жүлдесі