SOLARBOI - 4G Solar Rover ออกสำรวจโลก!: 3 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ตั้งแต่ฉันยังเด็ก ฉันชอบที่จะสำรวจอยู่เสมอ หลายปีที่ผ่านมา ฉันเคยเห็นรถควบคุมระยะไกลหลายรุ่นที่ควบคุมผ่าน WiFi และดูสนุกพอ แต่ฉันฝันที่จะไปให้ไกลกว่านั้นมาก - ออกไปสู่โลกแห่งความเป็นจริง ไกลเกินขอบเขตของบ้านของฉัน ถนนของฉัน หรือแม้แต่ชานเมืองของฉัน ฉันปรารถนาที่จะสร้างหุ่นยนต์ที่สามารถไปได้ไกลกว่านั้น ในการทำเช่นนี้ ฉันสร้างหุ่นยนต์ที่ติดตั้งกล้อง การเชื่อมต่อข้อมูล 4G และระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถเปิดใช้งานภารกิจได้หลายวัน สัปดาห์ หรือหลายเดือน ตอนนี้ฉันสตรีมภารกิจสดบน Twitch.tv อยู่เป็นประจำ และ SOLARBOI ก็ทำหน้าที่ของเขาในการพยายามเข้าไปในชนบทของออสเตรเลียให้ไกลกว่าที่หุ่นยนต์ตัวไหนๆ เคยมีมา! เป้าหมายของ SOLARBOI คือการถูกทิ้งไว้ในเมืองชนบทของออสเตรเลีย และนำทางออกไปสู่ชนบทและไปยังจุดหมายปลายทางต่อไป ไม่สามารถรับความช่วยเหลือจากภายนอกในภารกิจได้ มิฉะนั้นจะถือว่าล้มเหลว มันต้องเดินทางทีละกิโลเมตร เป็นเวลาหลายวันและหลายสัปดาห์ โดยอาศัยเพียงแสงอาทิตย์ในการชาร์จและเครือข่าย 4G สำหรับการสื่อสารกลับไปยังฐาน แม้ว่าพื้นฐานของโครงการจะฟังดูง่าย แต่การดึงมันออกมาก็ยากอย่างไม่น่าเชื่อ! คู่มือนี้ใช้เพื่ออธิบายพื้นฐานวิธีการทำงานของ SOLARBOI และนำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับวิธีที่ดีที่สุดในการสร้างแพลตฟอร์มหุ่นยนต์ที่สามารถเอาชีวิตรอดกลางแจ้งได้นานหลายสัปดาห์ ไม่ใช่คู่มือทีละขั้นตอนที่แน่นอนเกี่ยวกับวิธีการสร้างของคุณเอง แทนที่จะเป็นจุดเริ่มต้นที่คุณสามารถใช้เพื่อสำรวจงานสร้างและการออกแบบของคุณเอง

ขั้นตอนที่ 1: ขั้นตอนที่ 1: ฮาร์ดแวร์

ก่อนอื่น คุณจะต้องมีแชสซีสำหรับหุ่นยนต์ของคุณ ในขณะที่มีการทดลองมากมายกับการออกแบบรถแลนด์โรเวอร์ที่พิมพ์ 3 มิติ ฉันเลือกที่จะใช้ของเล่นที่ฉันชอบตั้งแต่วัยเด็ก Radio Shack RAMINATOR ดูเท่ด้วยยางขนาดใหญ่ ขับเคลื่อนสี่ล้อ และระบบกันสะเทือนที่ใช้งานได้ตั้งแต่แกะกล่อง ในขณะที่มันได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับความเร็วมากกว่าแรงบิด ฉันตัดสินใจว่าสิ่งนี้จะเป็นพื้นฐานสำหรับโครงการรถแลนด์โรเวอร์ของฉัน หลังจากฉีกฮาร์ดแวร์ RC เกรดของเล่นออก ฉันจึงเปลี่ยน Hobbyking แปรง ESC สำหรับมอเตอร์ ในขณะที่ฉันถอดการตั้งค่าพวงมาลัยเดิมออกและแทนที่ด้วยเซอร์โวที่ทนทาน แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ได้รับการติดตั้งเพื่อให้ SOLARBOI มีพลังในการขับขี่นานหลายชั่วโมงในแต่ละครั้ง

เมื่อกลไกต่างๆ พังทลาย คำสั่งและการควบคุมจึงเป็นข้อพิจารณาหลักในลำดับต่อไป สำหรับสิ่งนี้ ฉันเลือก Raspberry Pi Zero ออกแบบมาให้ใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย เข้ากันได้กับอุปกรณ์ต่อพ่วง USB และเหมาะสำหรับโปรเจ็กต์ที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต เป็นโบนัส มันใช้งานได้ดีกับอุปกรณ์ต่อพ่วงกล้อง Raspberry Pi ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้เรามองเห็นสภาพแวดล้อมของหุ่นยนต์เมื่อเราอยู่ในภาคสนาม ฉันเลือกเลนส์กล้องฟิชอายสำหรับ SOLARBOI ทำให้เราได้มุมมองที่กว้างเพื่อช่วยนำทางโลกในวงกว้าง สำหรับการเชื่อมต่อกลับไปที่ฐานบ้าน เราใช้ดองเกิล 4G ซึ่งทำให้เรามีแบนด์วิดท์สูงที่เราต้องการในการส่งคำสั่งไปยังหุ่นยนต์และรับวิดีโอกลับ

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นกุญแจสำคัญในภารกิจของ SOLARBOI จึงเป็นที่มาของชื่อ แผงโซลาร์เซลล์ 20W ได้รับการติดตั้งเพื่อให้ได้รับแสงแดดอย่างเต็มที่ แม้ในวันที่มืดครึ้มมากกว่าแดดจัด มันถูกใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ในระหว่างวัน เพื่อให้ SOLARBOI สามารถขับรถในเวลากลางคืน โดยปราศจากการสอดรู้สอดเห็นและผู้บุกรุกที่เป็นอันตราย เห็นได้ชัดว่าถึงแม้ Pi Zero ที่ใช้พลังงานต่ำกำลังแสดงอยู่ เราไม่สามารถปล่อยให้มันทำงานทั้งหมดได้ เวลาอื่นเราจะระบายแบตเตอรี่เร็วเกินไป ดังนั้น Pi จำเป็นต้องปิดเครื่องเกือบตลอดเวลา แต่เปิดเครื่องเป็นระยะเพื่อรายงานตำแหน่งของ SOLARBOI และอนุญาตให้เราเข้าสู่ระบบและขับหุ่นยนต์เมื่อเราต้องการ เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ Arduino Pro Micro เรียกใช้โปรแกรมพิเศษที่จะเปิด SOLARBOI เป็นเวลา 5 นาทีแรกของทุกชั่วโมง หากเราล็อกอินเข้าสู่หุ่นยนต์จาก Mission Control หุ่นยนต์จะยังคงทำงานต่อไป ทำให้เราสามารถปฏิบัติภารกิจได้ หากตรวจไม่พบการเชื่อมต่อ ก็จะจ่ายไฟให้ Raspberry Pi กลับลงไปเพื่อประหยัดพลังงานและใช้พลังงานแสงอาทิตย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด GPS ยังใช้เพื่อให้แน่ใจว่า Mission Control รับรู้ตำแหน่งของ SOLARBOI เสมอ การขับรถในชนบทในตอนกลางคืนอาจเป็นเรื่องยากมากที่จะนำทางด้วยภาพเพียงอย่างเดียว ดังนั้น GPS ช่วยให้เราสามารถรักษาตำแหน่งของหุ่นยนต์ และบรรลุเป้าหมายของเราในส่วนภูมิภาคของออสเตรเลีย

ขั้นตอนที่ 2: ขั้นตอนที่ 2: ซอฟต์แวร์

แน่นอนว่ามันดีและดีที่มีรถแลนด์โรเวอร์ แต่ต้องมีซอฟต์แวร์เพื่อให้มันใช้งานได้ ซอฟต์แวร์ของ SOLARBOI อยู่ภายใต้การพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ทำให้มีประสิทธิภาพดีขึ้นและใช้งานง่ายขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

รถแลนด์โรเวอร์ใช้ Raspbian ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการเริ่มต้นของ Raspberry Pi Zero Mission Control ทำงานบน Windows สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาบางอย่างกับยูทิลิตี้ Linux ต่าง ๆ ที่ต้องติดตั้งเป็นพิเศษที่ Mission Control อย่างไรก็ตาม ในท้ายที่สุด การตั้งค่านี้ช่วยให้เราสามารถขับ SOLARBOI ได้หลายกิโลเมตรที่ประสบความสำเร็จ และทำงานได้ดี วิดีโอถูกสตรีมจากหุ่นยนต์กลับไปที่ Mission Control ผ่าน Gstreamer ใช้งานยาก และไม่ได้รับการจัดทำเป็นเอกสารไว้อย่างดีสำหรับผู้เริ่มต้น อย่างไรก็ตาม มันช่วยให้เรามีสตรีมเสียงและวิดีโอที่มีความหน่วงต่ำจากหุ่นยนต์ซึ่งเพียงพอสำหรับเราในการขับขี่โดยไม่มีปัญหามากเกินไป การดรอปดาวน์เกิดขึ้นได้และมีความล่าช้าบ้าง แต่เมื่อคุณสร้างหุ่นยนต์ตัวแรกของโลกเพื่อสำรวจชนบท คุณต้องทำให้ดีที่สุดจากสิ่งที่คุณมี! การสตรีมเสร็จสิ้นใน H264 ดั้งเดิมจากกล้อง Raspberry Pi เพื่อหลีกเลี่ยงการโหลด Pi Zero มากเกินไปโดยการแปลงรหัสทันที การควบคุมหุ่นยนต์นั้นใช้รหัส Python แบบกำหนดเอง พร้อมสถาปัตยกรรมเซิร์ฟเวอร์/ไคลเอนต์ ด้วยการใช้ไลบรารี่อย่าง PiGPIO และ Servoblaster เราจึงสามารถควบคุมระบบขับเคลื่อนของหุ่นยนต์และฟังก์ชันอื่นๆ ได้แบบเรียลไทม์ การติดตั้งเป็นเรื่องง่ายด้วยระบบนิเวศของ Raspberry Pi ที่ได้รับการพัฒนามาอย่างดี

เราใช้ไลบรารีที่หลากหลายใน Python เพื่อแสดงการวัดและส่งข้อมูลทางไกลบนหน้าจอ ที่สำคัญที่สุดคือ MatPlotLib ซึ่งวางแผนกราฟแบตเตอรี่ของเราใน Mission Control ที่ช่วยให้เราสามารถติดตามประสิทธิภาพของ SOLARBOI ในระหว่างภารกิจสด

ขั้นตอนที่ 3: ขั้นตอนที่ 3: สิ่งที่คุณเรียนรู้ในสนามเท่านั้น

ไม่มีแผนใดรอดจากการติดต่อครั้งแรกกับศัตรูอย่างที่พวกเขาพูด ในลักษณะดังกล่าว SOLARBOI ได้ผ่านการทดลองหลายครั้งในความพยายามที่จะนำทางไปยังตู้โทรศัพท์แบบเก่าที่อยู่ลึกเข้าไปในชนบทของรัฐนิวเซาท์เวลส์ นี่เป็นบทเรียนที่มักจะเรียนรู้ได้เฉพาะในสนามเท่านั้น และเป็นบทเรียนที่เราได้เรียนรู้อย่างหนัก การซ่อนตัวเป็นเรื่องที่ต้องคำนึงถึงเป็นหลัก หากหุ่นยนต์โดดเด่นจากสภาพแวดล้อม ผู้คนจะพบหุ่นยนต์ได้ง่ายขณะชาร์จระหว่างวัน เนื่องจากขนาดและน้ำหนักของแพลตฟอร์มที่เล็ก SOLARBOI จึงสามารถถูกขโมยหรือทำลายได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นจึงล้มเหลวในการปฏิบัติภารกิจ นี่เป็นความเสี่ยงที่เราต้องรับทุกครั้งที่เราปรับใช้ในป่า เพื่อลดปัญหานี้ SOLARBOI ถูกทาสีในโทนสีเขียวขุ่นเพื่อพยายามผสมผสาน การหาพื้นที่ปลอดภัยเพื่อชาร์จด้วยแสงแดดปริมาณมาก แต่ทัศนวิสัยที่น้อยที่สุดนั้นเป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่อง แม้จะมีข้อมูลประจำตัวที่แข็งแกร่งของ SOLARBOI ออฟโร้ด แต่ก็ไม่สามารถเอาชนะทุกอุปสรรคได้ ในเส้นทางของมัน เราเคยมีปัญหาในการติดอยู่บนโขดหินหรือชนต้นไม้เล็กๆ โดยส่วนใหญ่แล้ว นี่เป็นเพียงกล้องที่มีระยะการมองเห็นแย่ ระดับแสงน้อยในตอนกลางคืน และความเหนื่อยล้าอย่างรุนแรงจากผู้ควบคุมเครื่อง การอัปเกรดเป็นไฟหน้าและเลนส์ฟิชอายที่ดีขึ้นมีเป้าหมายเพื่อขจัดปัญหานี้ในอนาคต ความก้าวหน้าที่ช้าและสม่ำเสมอ แทนที่จะเป็นความเร็วทันที เป็นมนต์ที่ดีในการอยู่ด้วยเพื่อหลีกเลี่ยงการชนวัตถุเมื่อคุณขับรถด้วยความล่าช้าของวิดีโอ 500 มิลลิวินาที การปรับใช้ในประเทศก็ทำให้เกิดปัญหาขึ้นเอง หมายความว่าฮาร์ดแวร์ของ SOLARBOI จะต้องอยู่ในสภาพดีเยี่ยม เกรงว่าการเดินทางหลายชั่วโมงไปยังพื้นที่ปรับใช้จะสูญเปล่า สิ่งนี้ทำให้เราเสียน้ำมันและเวลาไปมากในภารกิจที่ผ่านมา และสิ่งที่เราตั้งใจจะหลีกเลี่ยงด้วยการทดสอบอย่างเข้มงวดในอนาคต อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อใช้งานหุ่นยนต์ในที่ห่างไกล สุดท้ายนี้ สิ่งอำนวยความสะดวกที่ดีที่ Mission Control เป็นสิ่งจำเป็น คาเฟอีนจะต้องอยู่ในมือเพื่อให้ลูกเรือมีความเฉียบแหลมและตื่นตัวตลอดจนน้ำเพื่อรักษาความชุ่มชื้นที่เหมาะสม การวัดและส่งข้อมูลทางไกลที่ชัดเจนและเป็นปัจจุบันยังเป็นประโยชน์ในการวินิจฉัยปัญหาอย่างรวดเร็ว และฟีดวิดีโอที่มีเวลาแฝงต่ำโดยไม่มีการหยุดกลางคันจะดีที่สุดสำหรับการขับขี่ที่ราบรื่นในถิ่นทุรกันดารของออสเตรเลีย วิธีนี้ช่วยให้ผู้ขับขี่สามารถใช้ความเร็วของ SOLARBOI ได้อย่างเต็มที่เมื่อจำเป็น เพื่อหลบเลี่ยงรถที่วิ่งผ่าน สัตว์ป่า หรือแมว Shackleton ที่เราพบในภารกิจที่ 1 โดยรวมแล้ว SOLARBOI ยังมีภารกิจที่ต้องทำต่อไปอีกมากในอนาคต และในอุดมคติแล้ว จะใช้เวลาหลายเดือนในการสำรวจพื้นที่กว้างไกล หากต้องการติดตามการเดินทางของ SOLARBOI โปรดติดตามบน Twitch.tv และ Youtube และสนุกกับภารกิจด้านล่าง! และเช่นเคย จะมีการผจญภัยเพิ่มมากขึ้นในขณะที่ SOLARBOI พัฒนาและเดินทางไกลจากบ้านมากขึ้น!