Sparky - หุ่นยนต์ Telepresence บนเว็บ DIY: 15 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:09

ชื่อ Sparky มาจากคำย่อของ Self Portrait Artifact Roving Chassis I ซึ่งเป็นชื่อที่น่าอึดอัดใจสำหรับโครงการศิลปะที่เริ่มขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 90 ตั้งแต่เวลานั้น Sparky ได้พัฒนาจากของเล่น RC ขนาดใหญ่ที่มีกล้องวิดีโอสำหรับเฝ้าดูเด็กสองสามตัวให้กลายเป็นหุ่นยนต์ telepresence ที่ทำงานอัตโนมัติบนเว็บโดยสมบูรณ์ มีเวอร์ชันต่างๆ มากมายในช่วงหลายปีที่ผ่านมา โดยใช้เทคโนโลยีและโซลูชันที่หลากหลาย แต่มีเป้าหมายเดียวกันเสมอในการจัดหาแพลตฟอร์มสำหรับวิดีโอถ่ายทอดสดทางไกลและการท่องเว็บแบบอัตโนมัติจากระยะไกล เกียร์ส่วนใหญ่ที่จำเป็นสำหรับโครงการนี้มีวางจำหน่ายทั่วไปและส่วนใหญ่ของสิ่งที่ฉันใช้มีอยู่แล้วในร้านของฉันจากโครงการก่อนหน้านี้หวังว่าคุณจะมีอุปกรณ์ที่คล้ายกัน แต่เตรียมพร้อมที่จะด้นสด ดำน้ำทิ้งขยะ หรือตี Craigslist สำหรับหายไป ส่วน Sparky ใช้ Skype เป็นพื้นฐานสำหรับวิดีโอแชท เช่นเดียวกับซอฟต์แวร์ที่กำหนดเอง (และซอร์สโค้ด) ที่เราจัดเตรียมไว้สำหรับการควบคุมเซอร์โวแบบขับเคลื่อนด้วยล้อขั้นพื้นฐาน คุณสามารถปรับแต่งรหัสนี้เพื่อเพิ่มฟังก์ชันการทำงานให้กับหุ่นยนต์ของคุณ - รวมถึงเซอร์โว แขนจับและเซ็นเซอร์เพิ่มเติม& คุณถูกจำกัดด้วยจินตนาการและความเฉลียวฉลาดของคุณเท่านั้น โปรดทราบว่าหุ่นยนต์แต่ละตัวจะแตกต่างกัน ดังนั้นคู่มือนี้จึงไม่ใช่คำแนะนำที่สมบูรณ์ คิดว่ามันเป็นจุดเริ่มต้น รากฐานที่คุณออกแบบและสร้างผลงาน Sparky ที่เป็นเอกลักษณ์ของคุณเอง

ขั้นตอนที่ 1: ชิ้นส่วน - แชสซีและชุดขับเคลื่อน

Chassis and Drive Train: Vex เป็นชุดหุ่นยนต์เพื่อการศึกษายอดนิยม มันเหมือนกับชุด Erector แบบดั้งเดิม โดยเพิ่มเซอร์โวมอเตอร์ ล้อและเกียร์ที่ซับซ้อน (VEX ยังรวมถึงภาษาการเขียนโปรแกรมและบอร์ดคอมพิวเตอร์สำหรับสร้างหุ่นยนต์ที่สมบูรณ์ แต่เราไม่ได้ใช้สำหรับ Sparky)

ขั้นตอนที่ 2: ชิ้นส่วน - กำลัง

พลังงาน: แบตเตอรี่งานอดิเรกขนาดกะทัดรัด 12v, 7Ah ควบคู่ไปกับอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้งานได้ดีที่สุด ให้พลังงานเพียงพอที่จะใช้งานหุ่นยนต์ได้สองสามชั่วโมงต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง

ขั้นตอนที่ 3: ชิ้นส่วน - สมอง

สมอง: Mac Mini รุ่นแรกมีราคาถูกและให้ขุมพลังและฟังก์ชันที่ยอดเยี่ยมในแพ็คเกจเล็กๆ ซึ่งรวมถึง WiFi, Bluetooth และพอร์ตที่เพียงพอต่อการเชื่อมต่อทุกอย่าง (USB, Ethernet, FireWire, เสียง)

ขั้นตอนที่ 4: ชิ้นส่วน - ระบบประสาท

ระบบประสาท: เพื่อลดช่องว่างระหว่างคอมพิวเตอร์กับเซอร์โวมอเตอร์ Sparky ใช้บอร์ด MAKE Controller

ขั้นตอนที่ 5: ซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์: Sparky ใช้ Skype ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์ VoIP และวีแชทฟรียอดนิยมเป็นพื้นฐานสำหรับการตั้งค่าทางไกลในปัจจุบัน แต่เราได้เพิ่มฟังก์ชันการแชทด้วยซอฟต์แวร์แบบกำหนดเองที่เพิ่มการควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ ไฟล์เหล่านี้สามารถแก้ไขได้ เพื่อให้คุณสามารถเพิ่มฟังก์ชันเพิ่มเติม เช่น เซ็นเซอร์ แขนจับ และอีกมากมาย

ขั้นตอนที่ 6: ส่วนประกอบอื่นๆ

ส่วนประกอบอื่นๆ: จอภาพ LCD, เมาส์, แป้นพิมพ์ เว็บแคม สายเคเบิล - USB, Firewire, อีเธอร์เน็ต, พลังงาน, วิดีโอ, เสียง แหล่งจ่ายไฟที่ปรับได้เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งของเซอร์โว ล้อล้อ

ขั้นตอนที่ 7: เครื่องมือ

เครื่องมือ: ประแจอัลเลนสำหรับ Vex Screwdriver Snips Assorted zip ties

ขั้นตอนที่ 8: แชสซี & DRIVE TRAIN -1

แชสซีของ Sparky เวอร์ชันที่ผ่านมาใช้วัสดุที่แตกต่างกัน รวมถึงเหล็กเชื่อม เลโก้ และอื่นๆ Sparky เวอร์ชันปัจจุบันใช้ประโยชน์จาก VEX Robotic Design System โดยใช้คานเหล็ก แผ่น และน็อต/สลักเกลียวที่เหมือนชุด Erector รวมถึงเกียร์ ล้อ และเพลาที่รวมไว้ ชุดนี้ช่วยประหยัดเวลาได้มากในขณะที่คุณหาขนาดที่แน่นอนของบอทของคุณ ล้อเลื่อนแบบทั่วไปสองล้อช่วยให้เข้าโค้งได้อย่างคล่องตัว คุณสามารถสร้างด้วยวัสดุขนาดเท่าของเล่นที่คล้ายกัน หรือเลือกสร้างโครงที่แข็งแรงขึ้นจากเหล็กเชื่อมเช่นเดียวกับ Sparky รุ่นดั้งเดิม

ขั้นตอนที่ 9: แชสซี & DRIVE TRAIN - 2

ชุด VEX ประกอบด้วยชิ้นส่วนที่ยอดเยี่ยมมากมาย รวมถึงเซอร์โวมาตรฐานที่มีช่วงการเคลื่อนที่ 180* ที่จำกัด แต่ยังมีเซอร์โวมอเตอร์แบบหมุนได้สองชุดซึ่งหมุนไปรอบๆ อย่างสมบูรณ์เหมือนกับมอเตอร์ DC สิ่งเหล่านี้สะดวกเพราะทำให้ข้อกำหนดในการสร้างการเคลื่อนที่ของล้อหมุนเต็มที่ง่ายขึ้น (หุ่นยนต์ Sparky ดั้งเดิมมีเซอร์โวช่วงจำกัด 2 ตัว แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้ขับเคลื่อนล้อของหุ่นยนต์โดยตรง แต่พวกมันขยับโพเทนชิโอมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับรถเข็นเดิมซึ่งควบคุมโซลูชันที่ดูเหมือน Rube Goldberg ที่ดูซับซ้อนซึ่งทำงานได้ดีอย่างน่าประหลาดใจมานานหลายปี แต่ก็ยังทำให้วิศวกรส่วนใหญ่ประหม่า!)

ขั้นตอนที่ 10: แชสซี & DRIVE TRAIN - 3

เซอร์โว VEX ไม่ได้ทรงพลังมากนัก แต่ด้วยการใช้เกียร์แบบปิด พวกมันยังสามารถให้แรงบิดเพียงพอกับล้อแม้ว่าจะลดความเร็วลงก็ตาม ใช้งานได้ดีบนพื้นผิวที่แข็ง แต่มีปัญหากับพรมหรือแม้แต่การกระแทกเล็กๆ ขั้นตอนต่อไปอาจเป็นการเพิ่มเซอร์โวแบบหมุนเต็มกำลังที่แรงขึ้น หรือแม้แต่กระโดดไปยังมอเตอร์กระแสตรง แม้ว่าจะต้องตั้งโปรแกรมเพิ่มเติมเช่นกัน

ขั้นตอนที่ 11: แชสซี & DRIVE TRAIN - 4

ใช้เวลาพอสมควรในการปรับปรุงแชสซี VEX ใหม่เพื่อให้เบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และยังคงให้ชิ้นส่วนทั้งหมดพอดี การเลือกจอภาพที่ท้าทายเป็นพิเศษคือ เดิมทีฉันใช้หน้าจอ LCD 7 แบบน้ำหนักเบา แต่มีความละเอียดต่ำจนมองไม่เห็น ในที่สุด จอ LCD รุ่นเก่า 17 เครื่องก็ทำได้ แม้ว่าจะมีน้ำหนักเพิ่มมากก็ตาม ปัญหาการสร้างอีกประการหนึ่งคือการกระจายน้ำหนัก แบตเตอรี่ อินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์จ่ายไฟต้องอยู่ในตำแหน่งที่น้ำหนักของแบตเตอรี่อยู่ตรงกลางระหว่างล้อและไม่ทำให้เกิดภาระมากเกินไปกับล้อทั้งสองข้าง ปัญหาทั้งหมดเหล่านี้รวมกันเพื่อสร้างปริศนาที่ท้าทายของส่วนประกอบที่รัดแน่นและสายเคเบิลที่มัดด้วยซิป

ขั้นตอนที่ 12: คอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วง

เหตุผลหนึ่งที่ Sparky ปัจจุบันมีขนาดเล็กมากก็เนื่องมาจากขนาดที่สร้างแรงบันดาลใจของ Mac Mini เป็นการรับรู้ที่น่าทึ่งว่าพลังการประมวลผลที่จำเป็นในการขับเคลื่อนโครงการนี้มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ความพยายามก่อนหน้านี้รวมถึงเดสก์ท็อป G4 ขนาดเต็ม, Luxo Lamp iMac และแม้แต่ Mac Cube ที่ไม่ค่อยได้เห็น ฉันได้เริ่มที่จะแหย่ความคิดของ iPhone Sparky แต่นั่นก็มีปัญหาของตัวเอง&การเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์ของคอมพิวเตอร์นั้นตรงไปตรงมา เมื่อมองที่ด้านหลังของ Mac จาก L ถึง R จะมีสายไฟ, Ethernet (เพื่อ MAKE Controller), Firewire (iSight), สายเคเบิลมอนิเตอร์, USB (MAKE Controller), USB อื่น (คีย์บอร์ดและเมาส์) สายไฟส่วนเกิน พาวเวอร์บริค และอื่นๆ ทั้งหมดถูกมัดด้วยซิปและเสียบเข้ากับแชสซี มีสายไฟ AC สามเส้นสำหรับ Mac, จอ LCD และบอร์ด MAKE ซึ่งทั้งหมดจะเชื่อมต่อกับตัวแยกสัญญาณ 3 ทางที่เสียบเข้ากับอินเวอร์เตอร์ DC-to-AC ซึ่งบรรจุไว้แนบชิดติดกับแบตเตอรี่ 12 โวลต์ เสียบสายอีเทอร์เน็ตและสาย USB เข้ากับ MAKE Controller อันหนึ่งสำหรับข้อมูล อีกอันหนึ่งสำหรับจ่ายไฟ ณ จุดนี้ เป็นคอมพิวเตอร์ที่เปิดใช้งาน WiFi ซึ่งใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ เชื่อมต่อกับบอร์ด MAKE และนั่งบนล้อ (แต่ยังขับไม่ได้). ตอนนี้เป็นเวลาที่ดีในการทดสอบสิ่งต่างๆ เปิดไฟและแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับเสียง วิดีโอ WiFi ฯลฯ และดาวน์โหลดและใช้ Skype เพื่อโทรผ่านวิดีโอ อย่าลืมกำจัดสิ่งรบกวนที่อาจเกิดขึ้นทั้งหมดก่อนที่จะไปยังขั้นตอนถัดไป

ขั้นตอนที่ 13: สร้างผู้ควบคุม

จำเป็นต้องมีบอร์ดควบคุมเพื่อทำการเชื่อมต่อทางกายภาพระหว่าง Mac และเซอร์โวมอเตอร์ บอร์ดรับคำสั่งจากคอมพิวเตอร์และเปลี่ยนเป็นแรงกระตุ้นไฟฟ้าที่หมุนมอเตอร์ นอกจากนี้ยังสามารถรับสัญญาณจากเซ็นเซอร์ (อินฟราเรด สัมผัส แสง) และส่งข้อมูลนั้นกลับไปยังคอมพิวเตอร์ มีตัวควบคุมที่แตกต่างกันมากมาย หนึ่งในสิ่งที่ได้รับความนิยมมากที่สุดน่าจะเป็น Arduino ซึ่งเป็นบอร์ดควบคุมโอเพ่นซอร์สราคาไม่แพงที่หลาย ๆ คนชื่นชอบ ฉันได้รับบอร์ด MAKE เมื่อไม่กี่ปีก่อนตอนที่มันเพิ่งจะออกจากเวทีต้นแบบ บอร์ดเวอร์ชันใหม่กว่าจะคล้ายกัน แต่อาจตั้งค่าง่ายกว่าเล็กน้อย ฉันขอแนะนำเป็นอย่างยิ่งให้ไปที่ไซต์ MakingThings เพื่อดูเฟิร์มแวร์ล่าสุดและการอัปเดตอื่นๆ ของบอร์ด สิ่งหนึ่งที่ดีเกี่ยวกับตัวควบคุม MAKE คือสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหมดที่มีอยู่ในตัว เช่น พอร์ตอนาล็อกและดิจิทัลจำนวนมากสำหรับอินพุตและเอาต์พุต สิ่งที่ดีที่สุดสำหรับ Sparky คือสล็อตเซอร์โวแบบพลักแอนด์เพลย์ 4 ช่อง เซอร์โว VEX เสียบเข้ากับช่อง 0 และ 1 ได้พอดี ช่วยประหยัดเวลาและแรงในการสร้างการเชื่อมต่อตั้งแต่เริ่มต้น บอร์ด MAKE ยังมีปุ่มเปิดปิดที่สะดวกสำหรับกำลังเซอร์โว ซึ่งสามารถออกจากบอร์ด MAKE ได้โดยตรงที่ 5 โวลต์ หรือสามารถต่อแหล่งจ่ายไฟภายนอกเพื่อเพิ่มพลังน้ำได้ถึง 9 โวลต์ มอเตอร์ VEX ของ Sparky มีน้ำหนักมากกว่าที่กำหนดไว้ ดังนั้นกำลังที่เพิ่มขึ้นจะช่วยทำให้ล้อหมุนได้ (ดูเหมือนว่ามอเตอร์จะมีวงจรตัดไฟภายในที่ป้องกันไม่ให้เกิดการไหม้หากใช้พลังงานมากเกินไป) หากคุณกำลังใช้ Arduino หรือบอร์ดควบคุมอื่นๆ ให้ดูออนไลน์เพื่อค้นหาข้อมูลที่จำเป็นในการขับเคลื่อนเซอร์โว มันควรจะค่อนข้างง่ายที่จะหา

ขั้นตอนที่ 14: ซอฟต์แวร์

Sparky ใช้งานจริง ๆ แล้วต้องใช้คอมพิวเตอร์สองเครื่อง - Mac Mini ออนบอร์ดและคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นที่เปิดใช้งานเว็บและวิดีโอแชทพร้อม คิดว่าคอมพิวเตอร์เครื่องที่สองนี้เป็นตู้ควบคุมของ Sparky ฉันใช้ powerbook รุ่นเก่าและกล้อง iSight คอมพิวเตอร์ทั้งสองเครื่องต้องใช้ Skype โปรเจ็กต์ Sparky ใช้สำหรับวิดีโอแชท แต่ยังใช้ประโยชน์จากฟังก์ชันแชทด้วยข้อความกับคำสั่งควบคุมมอเตอร์ของแตรรองเท้าผ่านการเชื่อมต่อ Skype ดังนั้นหาก Skype กำลังเชื่อมต่ออยู่ หุ่นยนต์จะขับได้โดยไม่ต้องมีการเชื่อมต่อเพิ่มเติมระหว่างกัน มันทำงานอย่างไร: นอกจากนี้ สำหรับ Skype Sparky ต้องการซอฟต์แวร์ปลั๊กอินที่กำหนดเอง ปลั๊กอินตู้ควบคุมมาพร้อมกับการควบคุม WASD ในรูปแบบวิดีโอเกมที่แมปกับคีย์บอร์ด การกดแป้นพิมพ์จากบูธจะถูกส่งเป็นข้อความภายใน Skype ไปยัง Sparky บน Mac Mini ซึ่งสำเนาของปลั๊กอินอีกชุดหนึ่งจะได้รับข้อความตัวอักษรและแปลเป็นคำสั่งการเคลื่อนไหวที่ส่งไปยังตัวควบคุม MAKE ซึ่งจะส่งกำลังไปยังเซอร์โว นี่คือซอฟต์แวร์ที่กำหนดเอง นี่คือคำแนะนำซอฟต์แวร์

ขั้นตอนที่ 15: เป็นประกาย

Driving Sparky เป็นประสบการณ์ที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างซิมโรเวอร์ของดาวอังคารและเครือข่ายโซเชียลแบบสดซึ่งเต็มไปด้วยการฝึกซ้อมดับเพลิงทางเทคนิคบ่อยครั้ง ทำให้ผู้คนคิดถึงทั้งความกลัวและความสนใจในแนวคิดเรื่องลูกผสมระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร แต่น่าแปลกใจที่ผู้คนดูเหมือนจะลืมไปอย่างรวดเร็วว่าพวกเขากำลังพูดกับหุ่นยนต์ครึ่งเครื่องและภายในการแลกเปลี่ยนไม่กี่ครั้ง Sparky สามารถสร้างความสัมพันธ์ที่แท้จริงของมนุษย์ระหว่างผู้เข้าร่วมได้ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา Sparky เวอร์ชันต่างๆ ได้ทำหน้าที่เป็น ไกด์นำเที่ยวในแกลเลอรี นักร้องแจ๊สและหัวหน้าวงดนตรี พิธีกร และผู้เข้าร่วมงาน Burning Man เสมือนจริง แต่ศักยภาพของ Sparky นั้นยิ่งใหญ่กว่าตัวอย่างเหล่านี้มาก คุณสามารถให้ Sparky ทำอะไรได้บ้าง? คุณจะเอามันไปที่ไหน? คุณเห็นหุ่นยนต์ telepresence ส่งผลต่อวิธีการโต้ตอบของคุณกับโลกอย่างไร