3D Printed Raspberry Pi Zero Robot: 12 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Nais mo bang bumuo ng isang robot, ngunit wala ang lahat ng mga materyales upang bumuo ng isa nang hindi nagtatapos sa isang hindi kinakailangang napakalaking chassis? Narito ang mga 3D printer upang mai-save ang araw! Hindi lamang sila makakalikha ng mga bahagi upang maging katugma sa halos anumang hardware, magagawa nila ito sa isang napaka episyenteng paraan. Dito ipapakita ko sa iyo kung paano lumikha ng isang napaka-pangunahing robot na nagtatampok ng mga naka-print na bahagi ng 3D, ang Raspberry Pi Zero, at ang Pi Camera. Hinihikayat ko kayo na kunin at baguhin ang aking nagawa upang umangkop sa inyong praktikal o pang-aliwan na mga pangangailangan. Upang makontrol ang robot at tingnan ang feed ng camera, bumuo ako ng isang IOS app (ang PiBotRemote app) na maaari mong pakiramdam na magamit at baguhin. Gayunpaman, ang totoong kapangyarihan sa mga proyekto tulad nito ay nagmula sa pagkakaiba-iba ng mga posibilidad sa parehong hardware at software. Kaya hinihimok kita na maging malikhain at idagdag sa kung ano ang nagawa ko depende sa kung ano ang alam mong gawin. Halimbawa, sa palagay ko magiging cool na gawin ang robot na ito na gumamit ng paningin sa makina upang makilala ang paligid nito at mag-navigate nang katulad sa isang self-driven na kotse.

Hakbang 1: Mga Kinakailangan

• Mga Kagamitan

  • Kinakailangan (Halos $ 75)

    • Raspberry Pi Zero W ($ 10)
    • Micro SD Card ($ 8.25)
    • 40 Pin Header ($ 3.25)
    • Jumper Wires ($ 6.86)
    • USB Battery ($ 5.00)
    • 900 RPM Micro Gearmotor x 2 ($ 12.95 bawat isa)
    • Motor Driver ($ 4.95)
    • Gulong ($ 6.95)
    • 14mm Steel Ball Ball Bearing ($ 0.62)
    • Mga Screw, Nuts, at Standoffs (tingnan sa ibaba)

  • Opsyonal (Halos $ 45)

    • Mga LED
    • Raspberry Pi Camera ($ 29.95)
    • Pi Zero Camera Adapter ($ 5.95)
    • Servo Motor ($ 8.95)

  • Mga kasangkapan

    • 3D Printer & Filament
    • Computer (gagamit ako ng mac, at kakailanganin mo ang isa kung nais mong gamitin ang PiBot Remote app)
    • iPhone / iPad / iPod Touch (Kung gagamitin mo ang app)
    • Drill
    • Screwdriver na may nababago na mga tip

Higit pang impormasyon sa mga bahagi

• Pi Zero: Kung nais mong gamitin ang Pi Zero para sa proyektong ito lamang, magiging maayos ka sa pagpapatakbo ng walang ulo sa lahat ng oras. Kung hindi man, kung gugustuhin mong ikonekta ang isang output ng HDMI o USB peripheral kakailanganin mong bumili ng mga karagdagang adaptor. Sa kasong ito, malamang na ito ang pinakamurang gastos na pagpipilian upang bumili ng isang Pi Zero kit, tulad nito ($ 24) na isa, binili ko ang amazona. Bagaman kailangan kong bumili pa ng isang micro SD card, ang kit na ito ay kasama ng Pi Zero, parehong kinakailangang mga adaptor, at maraming iba't ibang mga header. Lahat ng ito ay maaaring maging kapaki-pakinabang.
• Micro SD Card: Maaari mong gamitin ang anumang Micro SD card hangga't mayroon itong minimum na 8GB na imbakan.
• Jumper Wires: Gusto ko ng mga jumper tulad nito dahil dumating sila bilang isang konektadong bundle. Pinapayagan akong ihiwalay, sabihin, isang seksyon ng 9-wire, at maayos na ikonekta ang Pi at ang driver ng motor.
• USB Battery: Ang baterya na binili ko sa Sparkfun ay hindi na ipinagpatuloy. Bilang isang resulta, kakailanganin mong makahanap ng isa pa sa ibang lugar. Ang na-link ko ay katulad ng sa akin ngunit hindi ko ito binili, at maaaring kailanganin mong baguhin ang mga naka-print na file upang magkasya ang iyong baterya. Tiyaking makahanap ng isang baterya na may naka-attach na micro USB cable, dahil pinapayagan kang mag-plug nang direkta sa pi nang walang labis na kawad.
• Motor Driver: Inirerekumenda ko ang paggamit ng diver na nai-link ko dahil ito ay medyo mura, at ang print ay idinisenyo upang eksaktong magkasya sa board na iyon. Bilang karagdagan, ang iba pang mga board ay maaaring magkakaiba ang paggana, at maaaring mayroon kang iba't ibang mga resulta.
• 14mm Steel Ball: Ginamit ko ang bola na ito nang simple dahil nagkataong may isang pagtula ako sa paligid. Huwag mag-atubiling gumamit ng iba pang mga laki, ngunit maaaring kailanganin mong baguhin ang laki ng socket. Ang bola ay magsisilbing ika-3 gulong para sa aming robot. Ito ang isa sa mga lugar ng disenyo ng aking robot na ang pinaka-may problema sa ngayon at maaaring gamitin ang pinaka-pagpapabuti. Habang gumagana ito ng maayos sa makinis, matitigas na ibabaw, mayroon itong problema sa mga carpet at mas magaspang na ibabaw. Huwag mag-atubiling baguhin ang lugar na ito ng iyong disenyo.
• Mga Screw, Nuts, Standoffs: Maaaring kailanganin mong magtrabaho ng kaunti upang makahanap ng mga tornilyo na gagana para sa iyo. Nahanap ko lang ang mga tornilyo na nakakabit sa Pi, pati na rin ang mga tornilyo na pinapanatili ang Pi Camera na magkakasama sa koleksyon ng tornilyo ng aking ama. Para sa mga motor mount at sockets, ginamit ko ang mga ($ 2.95) na mga turnilyo, at ang mga ($ 1.50) na mga mani, na parehong magagamit sa Sparkfun. Ang mga standoff at 8 turnilyo (hindi sinasadya kong isinama lamang ang 4 sa larawan) na pinagsama-sama ang robot na kinuha ko mula sa mga hindi nagamit na VEX kit ng aking paaralan.
• Mga LED: Sigurado akong alam mo kung saan madali kang makakahanap ng ilang mga LED. Piliin ang alinmang mga kulay na nais mong kumatawan sa mga pag-andar: kapangyarihan, koneksyon, path ng pag-replay ng robot, at robot na tumatanggap ng tagubilin.
• Camera at Servo: Nakasalalay sa kung ano ang nais mong gawin sa iyong robot, maaari kang pumili na huwag isama ang Camera at Servo dahil hindi kinakailangan para sa pangunahing paggalaw, at magdagdag ng $ 45 sa gastos ng robot.

Hakbang 2: Pag-set up ng Pi Zero

Sundin ang link na ito upang mag-set up ng isang walang ulong pag-install sa iyong Raspberry Pi Zero W

• Huwag kalimutan na ang Pi Zero ay hindi maaaring kumonekta sa isang 5GHz Wi-Fi network
• Tiyaking sundin ang mga tagubilin para sa Raspbian Stretch o mas bago

Kapag matagumpay kang nakakonekta sa pamamagitan ng SSH sa iyong pi, tumakbo

sudo raspi-config

at baguhin ang mga sumusunod na pagsasaayos:

• Palitan ang iyong password. Napakapanganib na iwanan ang default na password raspberry. Tiyaking naaalala mo ang password na ito.
• Sa mga pagpipilian sa Network, baguhin ang hostname mula sa raspberrypi sa isang bagay na mas maikli tulad ng pizero, o pibot. Gumagamit ako ng pibot para sa natitirang tutorial na ito. Tiyaking tandaan kung ano ang inilagay mo rito.
• Sa mga pagpipilian sa Boot -> Desktop / CLI, piliin ang Console Autologin
• Pumunta sa mga pagpipilian sa interfacing at paganahin ang Camera

Piliin ang Tapusin at i-reboot ang aparato.

Hakbang 3: I-set up ang AdHoc Network

Sa pamamagitan ng pagse-set up ng isang AdHoc network, magagawa naming ikonekta ang aming pagkontrol ng aparato nang direkta sa robot nang walang anumang mga tagapamagitan. Papayagan nito ang mas mabilis na streaming ng video at mas mababang latency ng kontrol. Gayunpaman, ang hakbang na ito ay hindi kinakailangan dahil ang lahat ay gagana pa rin sa pamamagitan ng isang normal na wifi network.

Una, kakailanganin mong i-download at i-unzip ang lahat ng kinakailangang mga file mula sa GitHub. Sa terminal, mag-navigate sa na-download na folder at ipadala ang folder ng PiBotRemoteFiles sa pi na may utos:

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

Ipinapadala nito ang lahat ng kinakailangang mga file sa robot na makokontrol nito at i-set up ang AdHoc network. Tiyaking ang mga file ay nasa isang folder na tinatawag na "PiBotRemoteFiles" na matatagpuan sa desktop; kung hindi man maraming bagay ang mabibigo upang gumana sa kalsada. Kung gagamit ka ng PiBot Remote app, maaari kang lumipat sa pagitan ng normal na Wi-Fi at isang AdHoc network sa mga setting ng app. Kung hindi man, maaari mong manu-manong baguhin ito sa pamamagitan ng SSH gamit ang isa sa mga sumusunod na utos:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

Siyempre, tiyaking nag-navigate ka sa folder ng PiBotRemoteFiles bago mo patakbuhin ang mga naunang utos. Ang anumang pagbabago sa pagitan ng AdHoc at Wi-Fi ay magkakabisa lamang pagkatapos ng susunod na pag-restart. Kung ang isang AdHoc ay na-set up, pagkatapos ay dapat mong makita ang isang PiBot network na lilitaw kapag ang Pi Zero boots.

Hakbang 4: Magdagdag ng isang Power LED

Habang tiyak na hindi kinakailangan, maaari itong maging kapaki-pakinabang upang magkaroon ng isang ilaw na kuryente. Upang maisaaktibo ito, SSH sa Pi Zero at patakbuhin ang utos:

sudo nano /etc/bash.bashrc

At idagdag ang sumusunod na linya sa dulo ng file:

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

Susunod ay babaguhin natin ang pin ng GPIO na nauugnay sa power LED.

Hakbang 5: Pag-setup ng RPi Cam Web Interface

Upang makapag-tap sa stream ng video ng Raspberry Pi Cameras, gagamitin namin ang RPi-Cam-Web-Interface. Ang impormasyon tungkol sa modyul na ito ay matatagpuan dito at ang kanilang code ay nasa GitHub. Upang mai-install ang module na kailangan muna naming i-update ang aming Pi. Maaari itong tumagal ng hanggang sa 10 minuto.

sudo apt-get update

sudo apt-get dist-upgrade

Kailangan naming mag-install ng git:

sudo apt-get install git

At sa wakas maaari naming mai-install ang module:

git clone

RPi_Cam_Web_Interface / install.sh

Matapos mai-install ang module, lilitaw ang isang window ng pagsasaayos. Kung nais mong magdagdag ng isang username at password, tiyaking gumamit ng parehong username at password sa account ng iyong pi. Kung hindi man, hindi matatanggap ng PiBot Remote app ang stream ng camera.

Ngayon, kung pupunta ka sa isang browser sa isang aparato sa parehong network tulad ng Pi at kung ang camera ay nakakonekta sa pi, maaari mong matanggap ang stream sa pamamagitan ng pagpunta sa https://pibot.local/html/#. Pinapayagan ng interface ng RPi para sa madaling kontrol ng camera, at sa pamamagitan ng pag-tap o pag-click sa video, maaari itong maging buong screen. Gagamitin namin ito sa paglaon gamit ang PiBot remote app.

Tapos na kaming mag-set up ng Pi Zero, hanggang sa mga nakakatuwang bagay!

Hakbang 6: I-print ang Lahat sa Labas

Bagaman gumamit ako ng isang printer ng Dremel 3D na may PLA filament, huwag mag-atubiling gamitin ang iyong sariling mga printer at materyales. Ang lahat ng mga STL file ay nasa folder na iyong na-download mula sa GitHub. Nagawa kong mai-print ang lahat sa apat na mga batch: sa tuktok na plato, sa ilalim ng plato, lahat ng mga mount at sockets, at ang singsing. Maging malikhain sa iyong pagpipilian ng kulay at samantalahin ang mga kakayahan sa mga 3D printer. Ang aking printer ay walang dalawahang pagpilit o anumang tulad ng mga magagarang tampok, ngunit kung may access sa naturang printer, inirerekumenda kong i-print ang mga dekorasyon sa tuktok ng tuktok na plato sa isang magkakaibang kulay. Malamang kakailanganin mong mag-file at mag-drill upang magkasya ang ilang mga piraso.

Huwag mag-atubiling ipinta ang tuktok na plato upang makita ang mga simbolo at dekorasyong LED.

Maaaring napansin mo ang dalawang pag-mount sa mga dulo ng ilalim na plato na kahawig ng GoPro mounting system. Huwag mag-atubiling gamitin ang mga ito upang ikabit ang anumang gusto mo sa harap o likod ng robot. Sa blender file, maaari kang makahanap ng dry-erase marker mount na ginamit ko, pati na rin ang isang object ng template na maaari mong baguhin upang hawakan ang iyong object.

Gayundin, huwag mag-atubiling tukuyin ang alinmang direksyon bilang pasulong; Nagpalitan ako ng hindi bababa sa tatlong beses sa ngayon.

Hakbang 7: Maghinang sa Mga Header

Kahit na pinili kong maghinang sa mga header sa PiZero, maaari mong direktang panghinang ang iyong mga wire sa pi. Kung pipiliin mong maghinang ng mga header tulad ng ginawa ko, inirerekumenda kong gumamit ng isa na may tamang anggulo tulad ng sa akin. Pinapanatili nitong mas nakatago ang mga wire at ginagawang mas malinis ang lahat.

Oras na nito upang maghinang ang driver ng motor. Ang ilalim na plato ay dinisenyo lalo na para sa Sparkfun motor driver na ito, at pinapayagan ang puwang para sa pin header na dumikit sa ilalim. Pinapayagan nito ang madaling pagbabago ng mga motor pin upang maaari kang magpalit ng pakaliwa at pakanan, at pasulong at paatras. Bagaman isinasama ko ang sumusunod na hakbang ngayon, masidhing inirerekumenda kong maghintay para sa ilang mga hakbang hangga't hindi mo malalaman nang eksakto kung gaano katagal dapat ang iyong mga wire. Gupitin ang isang 9-wire na seksyon ng mga jumper pin na katugma sa mga header pin na solder lamang sa pi. Maingat na maghinang ng bawat kawad upang ang pangkat na iyon ay maaaring sama-sama na humiga at ibalot sa paligid ng baterya. Sukatin muna ang haba ng kawad upang hindi ka magtapos sa sobrang kaunti o labis.

Sa wakas, oras na upang maghinang ng mga LED. Idikit ang mga ito sa kani-kanilang mga lokasyon sa tuktok na plato, at tiklupin ang lahat ng mga ground pin sa tuktok ng bawat isa. Maghinang ng isang kawad sa lupa, at isang kawad sa bawat LED. Mula kaliwa hanggang kanan, ang mga pagpapaandar ng mga LED ay: lakas ng robot, pagkakakonekta ng app sa robot, ang robot ay muling pag-replay ng isang nai-save na landas, at ang mga tagubilin ay natatanggap ng robot.

Gayundin ang mga wire ng panghinang sa bawat motor upang maaari silang mai-plug sa mga header na nagmumula sa driver ng motor.

Hakbang 8: Screw sa Motor at Socket

Una, ipasok ang bawat motor sa isang motor mount. Pagkatapos ay ipasok ang bawat tornilyo nang bahagya, hanggang sa maabot ng tip ang ibabaw ng bundok o socket. Pagkatapos, para sa bawat tornilyo, hawakan ang isang kulay ng nuwes sa kabilang panig ng plato habang hinihigpitan mo ang bawat tornilyo. Tandaan na ilagay ang tindig sa-pagitan ng dalawang mga socket habang nag-i-screw ka sa pangalawa. Ilagay ang driver ng motor sa posisyon nito at i-plug ang mga motor. Hindi alintana kung aling motor ang naka-plug sa bawat output dahil madali mong mababago iyon kapag ang robot ay tumatakbo na.

Hakbang 9: Handa ang Camera at Servo

I-plug ang Pi Zero adapter ribbon sa camera at i-tornilyo ang case ng camera nang magkasama. Ilagay ang servo sa posisyon nito. Maaari mong drill ang mga butas ng tornilyo para sa servo, ngunit ito ay sapat na sapat. Ikabit ang camera sa servo sa anumang paraan na makakahanap ka ng pinakamahusay. Sa kasalukuyan, mayroon akong dalawang butas sa bundok, na may isang sangkap na hilaw na dumadaan sa servo sungay at sa kaso ng camera. Gayunpaman, nag-iiwan iyon ng mas maraming gusot na silid upang maaaring gusto mong gumamit ng sobrang pandikit. Ituro ang camera sa kung aling direksyon ang nais mo, at i-tornilyo ang servo sungay sa lugar. Pagkasyahin ang laso ng camera sa slit ng raspberry, at isaksak ito sa pi. Panghuli, tiklupin ang laso upang mapanatili itong patag laban sa baterya.

Hakbang 10: Pagsasama-sama sa Lahat

Sa wakas ay oras na para sa lahat upang maging isang piraso. I-plug ang mga wire mula sa LEDs, driver ng motor, at servo sa Pi sa paraang gagamitin mo lang ang mga wastong pin, ngunit panatilihin silang malapit sa kanilang exit. Pagkatapos ay ilagay ang mga wire sa pamamagitan ng kanilang mga puwang at i-tornilyo ang pi sa lugar. Ito ay dinisenyo upang maging isang masikip na akma upang mapanatili ang mga bagay na maayos, kaya huwag sumuko kung tila walang sapat na silid para sa mga malalaking jumper pin.

Screw sa bawat standoff sa ilalim ng plato upang ang bawat isa ay ligtas. Ipasok ang baterya at siguraduhin na ang power cable ay maaaring magkasya sa pamamagitan ng puwang at sa power port ng Pi Zero. Balotin ang driver ng motor driver sa paligid nito at magkasya sa ring pice sa paligid ng lahat. Kapag naipit mo na ang lahat ng mga wire sa puwang sa pagitan ng baterya at ng tuktok na plato, maliit na tagaytay sa ilalim na plato papunta sa singsing, at ang dalawang matangkad na puntos sa singsing sa tuktok na plato. Maaari mo na ngayong i-tornilyo ang tuktok na plato at binuo mo ang iyong robot!

Hakbang 11: Buksan ang Xcode Project

Nalalapat lamang ang mga susunod na hakbang kung gagamit ka ng PiBot Remote app, na nangangailangan ng isang Mac at isang aparato ng IOS.

Sapagkat mura ako at walang bayad na Apple Developer account, maaari ko lamang ibahagi ang proyekto ng Xcode, hindi ang mismong app. Maaari mo ring buksan ang proyekto mismo, baguhin ang pag-sign, at ilunsad ito sa iyong sariling aparato.

Kung wala ka pang Xcode, i-download ito mula sa app store sa iyong Mac. Kapag nag-load na ang Xcode, piliin ang "Magbukas ng isa pang proyekto" sa ibabang kanang sulok, at mag-navigate sa folder na "PiBot Remote" sa pag-download ng GitHub.

Kapag bumukas ang proyekto, mag-click sa root file sa view sa kaliwang kaliwang tinatawag na "PiBot Remote".

Palitan ang "Bundle Identifier" sa isang natatanging bagay. Maaari mong palitan ang aking pangalan ng sa iyo, o magdagdag ng isang bagay sa dulo.

Baguhin ang Koponan, sa iyong sariling personal na account. Kung wala ka, piliin ang "Magdagdag ng isang account".

Pindutin ang command-B upang maitayo, at inaasahan na ang lahat ay gumagana nang tama. Kapag matagumpay mong naitayo ang proyekto, isaksak ang iyong aparato sa iyong computer. I-click ang pindutan sa kanan ng pag-play at itigil ang mga pindutan sa kaliwang sulok sa itaas, at piliin ang iyong aparato.

Pindutin ang command-R at dapat ilunsad ang app sa iyong aparato. Maaaring kailanganin ng iyong aparato na i-verify ang mga pagkakakilanlan bago ito tumakbo at kakailanganin ang pag-access sa internet sa oras na ito.

Hakbang 12: Pangwakas na Pagsasaayos

Maaari mong ayusin ang mga numero ng pin para sa lahat maliban sa power LED sa PiBot Remote app. Upang baguhin ang pin para sa power LED, SSH sa PI, at patakbuhin ang utos:

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

Baguhin ang dalawang mga pagkakataon ng 36 sa anumang pin ng GPIO na ginamit mo. Pagkatapos ay pindutin ang control-X, y, ipasok.

Ang app at server ay parehong madaling kapitan ng error. Gamitin ang console sa debug mode upang malaman kung ano ang nangyayari. Kung may pag-aalinlangan, subukang i-restart ang Pi at / o i-restart ang app. Minsan pagkatapos ng isang pagkabigo sa code, hindi makakonekta muli ang app dahil ginagamit na ang address. Sa kasong ito, baguhin lamang ang port at dapat kumonekta ang app.

Gayundin, kapag hinihimok ang robot gamit ang accelerator sa iyong aparato, kailangan mong gumamit ng ilang mga hindi magagandang kilos upang i-calibrate, itigil / simulan, ayusin ang camera, at ipakita / itago ang tab bar

• I-calibrate: Tapikin at hawakan gamit ang dalawang daliri sa
• Ayusin ang Camera: Ang pinaka-nakakalito na kilos, gawin kung ano ang dating inilarawan upang i-calibrate, pagkatapos ay i-drag ang iyong mga daliri pataas upang ilipat ang camera pataas, at i-drag pababa upang ilipat ang camera pababa. Gagawin ang pagsasaayos kapag naangat mo ang iyong mga daliri.
• Stop / Start Toggle: Kapag nagpunta ka sa view ng accelerometer, ang robot ay paunang itinakda upang huwag pansinin ang mga utos ng paggalaw. Upang i-toggle ang setting na ito, i-double tap gamit ang dalawang daliri.
• Ipakita / Itago ang Tab Bar: Upang paganahin ang pagtingin sa fullscreen habang nasa pagmamaneho ng accelerometer, awtomatikong nagtatago ang tab bar pagkatapos ng ilang segundo. Upang maipakita itong muli, mag-swipe pataas. Upang itago ito, mag-swipe pababa.

Kung nabigo ka sa mga problema at abala na nauugnay sa aking app, tandaan lamang na wala akong pormal na edukasyon sa anumang uri ng programa. Kaya tinatanggap ko ang payo at mungkahi. Huwag mag-atubiling mag-fork ng aking mga file sa GitHub.

Kung gumawa ako ng anumang mga pagsasaayos sa GitHub, ilapat ang mga ito sa robot sa pamamagitan ng pag-download ng mga file at ipadala ang mga ito sa pamamagitan ng recursive SCP sa Pi sa naaangkop na lokasyon. Kung na-clone mo ang proyekto sa Xcode hilahin lamang ang pagbabago. Kung hindi man, maaari mong i-download ang proyekto at sundin ang hakbang 11 upang buksan ang app sa iyong aparato.

Kung gumawa ka ng anumang kawili-wili sa tutorial na ito, mangyaring ipaalam sa akin sa mga komento, interesado akong makita kung paano ito magagamit bilang isang template para sa lahat ng uri ng mga kamangha-manghang mga proyekto.