สร้างรถขับเองของคุณเอง - (คำแนะนำนี้อยู่ในระหว่างดำเนินการ): 7 ขั้นตอน

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

สวัสดี, หากคุณดูคำแนะนำอื่น ๆ ของฉันเกี่ยวกับ Drive Robot ด้วย Remote USB Gamepad โครงการนี้คล้ายกัน แต่มีขนาดเล็กกว่า คุณยังสามารถติดตามหรือขอความช่วยเหลือหรือแรงบันดาลใจจากเพลย์ลิสต์ Robotics, Home-Grown Voice-Recognition หรือ Self-Driving Car playlists บน Youtube

ฉันเริ่มต้นด้วยหุ่นยนต์ตัวใหญ่ (Wallace 4) แต่เนื่องจากฉันเริ่มกลุ่ม Meetup ในพื้นที่ ฉันต้องการบางอย่างในระดับที่เล็กกว่า และกลุ่มนี้ก็มีความสนใจในการมองเห็นคอมพิวเตอร์เป็นอย่างมาก

ดังนั้นฉันจึงมาเจอหลักสูตร Udemy นี้: สร้างรถขับเคลื่อนด้วยตัวเองของคุณเอง ซึ่งทำให้ฉันมีแนวคิดสำหรับโครงการนี้

หากคุณสนใจหลักสูตร Udemy คุณสามารถตรวจสอบได้ที่นั่น มันลดราคาครั้งใหญ่เป็นครั้งคราว หมายเหตุ: มีส่วนที่ 1 และส่วนที่ 2 - คุณต้องทำการตรวจสอบเกี่ยวกับวิธีการรับทั้งสองหลักสูตรเป็นแพ็คเกจ (ลดราคา)

จุดประสงค์ของการสอนนี้มีสองเท่า ขั้นแรก ให้คำชี้แนะและทางเลือกบางส่วนแก่บางส่วนของหลักสูตร (เช่น ชิ้นส่วนและฮาร์ดแวร์) และประการที่สองเพื่อขยายหลักสูตร

วัตถุประสงค์หลักของหลักสูตร Udemy:

คือการได้รถหุ่นยนต์ล้อเล็กขับเองบนถนนสองเลนที่มีขนาดลดขนาดลงได้

มันต้องรู้จักลายช่องจราจรและเมื่อถึงสุดถนนแล้ว

ต้องรู้จักป้ายหยุด (และหยุด)

อีกทั้งสัญญาณไฟจราจรสีแดงและสีเขียว

ยังต้องรู้จักและหลบหลีกสิ่งกีดขวาง (รถคันอื่น)

สิ่งที่คำแนะนำนี้เพิ่มให้กับหลักสูตร:

ขับรถคันเล็กๆ ด้วย USB Gamepad ระยะไกล เช่นเดียวกับใน Instructable อื่นๆ

ให้ทางเลือกบางอย่างกับสิ่งที่หลักสูตรมีให้

คุณอาจไม่ต้องซื้อหลักสูตร:

คำแนะนำนี้อาจเป็นสิ่งที่คุณต้องเริ่มต้น

เสบียง

ส่วนสำคัญ (แนะนำ):

แชสซีหุ่นยนต์

สี่มอเตอร์

Arduino

ราสเบอร์รี่ Pi (3, 3B+, 4)

กล้อง (เว็บแคม USB หรือโมดูล Picamera)

พลังงานแบตเตอรี่

สวิตช์เปิด/ปิด

สายจัมเปอร์

ขาตั้ง (พลาสติกและอาจเป็นโลหะด้วย)

โปรดตรวจสอบคำแนะนำและวิดีโอทั้งหมดก่อนที่จะพยายามซื้อชิ้นส่วน

หลังจากทำโปรเจ็กต์นี้เสร็จแล้ว ฉันตระหนักดีว่าส่วนที่แน่นอนนั้นไม่สำคัญขนาดนั้น

ขั้นตอนที่ 1: รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับชิ้นส่วน…

วิดีโอที่เกี่ยวข้องมีรายละเอียดเกี่ยวกับส่วนต่างๆ และปัญหาบางอย่างที่ฉันพบ

• มองหาแชสซี/มอเตอร์ต่างๆ ไปรอบๆ
• มอเตอร์ควรมีการบัดกรีสายไฟอยู่แล้ว
• คุณอาจต้องการสว่านและดอกสว่าน หรือแชสซีที่มีรูมากกว่านี้
• โปรดทราบว่าน้ำหนักเป็นปัญหา ทุกอย่างควรเบาที่สุด
• ตัวขับมอเตอร์ L298 H-Bridge ใช้งานได้ดี หมายเหตุ: รับหนึ่งชุดพร้อมขั้วต่อสกรู (ดูรูป)
• คุณอาจต้องการขาตั้งทั้งแบบพลาสติกและโลหะ ขนาด M3 น่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด

ขาตั้งพลาสติกเหมาะสำหรับติดตั้งบอร์ดบนแชสซี (ไดรเวอร์มอเตอร์, Arduino, Raspberry, power pcb, สวิตช์เปิด/ปิด ฯลฯ)

การแยกส่วนโลหะนั้นดีสำหรับการประกอบแชสซี (ความแข็งแกร่ง) และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคุณกำลังพัฒนา (การเขียนโปรแกรม การทดสอบ) สำหรับการพัฒนา แท่นโลหะสามารถใช้เป็นไม้ค้ำถ่อได้ เช่นเดียวกับถ้าคุณกำลังทำงานบนรถจริง คุณต้องการยกรถขึ้นเพื่อให้ล้ออยู่ในอากาศและสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ นี่เป็นสิ่งสำคัญมาก! คุณจะทำผิดพลาดและคุณไม่ต้องการให้รถเพิ่งออกตัวและชน

ดอกสว่าน + ดอกสว่าน

ฉันอยากจะเน้นไปที่การใช้ดอกสว่านจริงๆ ถ้าทำได้ และใช้เทปกาวสองหน้าแทนเทปกาวสองหน้า คุณมักจะต้องถอดและวางตำแหน่งบอร์ดของคุณใหม่ ฯลฯ หลายครั้งในระหว่างโครงการนี้ และการใช้เทปจะกลายเป็นเรื่องยุ่งมาก

การใช้สว่านช่วยให้จัดตำแหน่งใหม่ได้ง่ายมาก (โดยเฉพาะถ้าแชสซีเป็นพลาสติก) และดูเป็นมืออาชีพมากขึ้น

ขั้นตอนที่ 2: ขับเคลื่อนรถยนต์ระหว่างการพัฒนา

ในความคิดของฉัน วิธีที่เร็วและง่ายที่สุดในการเริ่มต้นโครงการนี้คือ:

• สำหรับการพัฒนาซอฟต์แวร์ร่าง Arduino เพียงเชื่อมต่อ Arduino กับคอมพิวเตอร์ของคุณผ่าน USB
• สำหรับซอฟต์แวร์ Raspberry Pi คุณควรมีไฟ USB 5V ที่สามารถจ่ายไฟได้อย่างน้อย 3 แอมป์ และน่าจะมีสวิตซ์เปิด-ปิด เว้นแต่ว่าคุณมีฮับ USB ที่ดีและเชื่อมต่ออยู่กับคอมพิวเตอร์ของคุณ คุณอาจจะไม่สามารถจ่ายไฟให้กับ Raspberry ได้โดยตรงจากคอมพิวเตอร์ของคุณ
• เมื่อคุณพร้อมที่จะทดสอบมอเตอร์/ล้อ วิธีที่ง่ายที่สุดคือ (ดูรูป) แหล่งจ่ายไฟที่ดี อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้ไม่แพง

ประเด็นของฉันในส่วนนี้คือการบอกว่าคุณไม่ต้องการใช้พลังงานแบตเตอรี่ในระหว่างการพัฒนา เพราะนั่นจะทำให้ความคืบหน้าของคุณช้าลงอย่างมาก

นอกจากนี้ เมื่อทำสิ่งที่คล้ายกับคำแนะนำข้างต้น คุณไม่ต้องกังวล (ยัง) ว่าคุณจะให้กำลังรถอย่างไร คุณสามารถชะลอการตัดสินใจนั้นในภายหลังในโครงการ

ขั้นตอนที่ 3: การเปิดเครื่องระหว่างการใช้งานจริง

หากคุณตัดสินใจที่จะปฏิบัติตามหลักสูตร (หรือสิ่งที่ฉันทำ) สำหรับพลังงาน 5V กับลอจิก โปรดทราบว่าพาวเวอร์แบงค์ USB 5V ไม่ใช่ทั้งหมดที่ดีสำหรับโครงการนี้

ประเด็นหลักที่นี่คือคุณต้องการ 5V แต่คุณต้องการอย่างน้อย 3 แอมป์! คิดแบบนี้ - คุณต้องการพาวเวอร์แบงค์ที่จะจ่ายไฟให้กับคอมพิวเตอร์แล็ปท็อป (บางที)

หากคุณอาศัยอยู่ในสหรัฐอเมริกา ฉันคิดว่าวิธีที่ดีที่สุดวิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการซื้อจาก Best Buy ทำไม? เนื่องจากนโยบายการคืนเงิน 14 วันของพวกเขาสำหรับการคืนสินค้า

ที่จริงฉันต้องลองพาวเวอร์แบงค์สามตัวที่แตกต่างกันก่อนที่จะพบอันที่ใช้งานได้ อีกอันทำให้ Raspberry Pi บ่นเรื่องแรงดันไฟต่ำ

ฉันเริ่มด้วยพาวเวอร์แบงค์ที่ราคาถูกที่สุด และก็แค่ลองใช้รุ่นถัดไปต่อไป (ซึ่งราคานั้นแพงกว่า) จนกระทั่งฉันพบอันที่ใช้งานได้

วิธีเพิ่มพลังให้ Arduino

ในหลักสูตร Udemy ผู้เขียนเลือกที่จะจ่ายไฟให้กับ Arduino โดยตรงจาก powerbank (ผ่าน pcb แบบกำหนดเองที่เขาสร้างขึ้น) และเขาใช้พินพลังงานบนตัวเชื่อมต่อ GPIO ของ Arduino

อย่างไรก็ตาม ฉันเลือกที่จะจ่ายไฟให้กับ Arduino โดยตรงจาก Raspberry Pi ผ่านสาย USB

คุณจะต้องตัดสินใจว่าอันไหนดีกว่ากัน

วิธีการจ่ายไฟให้มอเตอร์/ตัวขับมอเตอร์

ในหลักสูตร Udemy ผู้เขียนเลือกที่จะจ่ายไฟให้กับมอเตอร์/ไดรเวอร์โดยตรงจากพาวเวอร์แบงค์ 5V มีข้อควรพิจารณาสองประการหากคุณใช้แนวทางนั้น

1. เมื่อมอเตอร์เริ่มหมุนครั้งแรก พวกมันจะดึงกระแสไฟสูงสุด สิ่งนี้สามารถทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง (จุ่ม) ต่ำกว่า 5V และทำให้ Raspberry รีเซ็ต
2. การใช้เพียง 5V เพื่อจ่ายไฟให้กับมอเตอร์หมายความว่าคุณไม่ได้จ่ายกำลังให้กับมอเตอร์มากเท่าที่คุณจะทำได้ และรถจะเคลื่อนที่ช้าลง (ซบเซามากขึ้น) ฉันได้ทดสอบมอเตอร์ (พร้อมแหล่งจ่ายไฟนั้น) (ดูรูป) เป็นอย่างน้อย 9V พวกเขาทำงานได้ดีที่ 9V

ข้อสังเกตเกี่ยวกับ 9V (หรือมากกว่า)

หากคุณดูรูปถ่ายและวิดีโอทั้งหมดสำหรับคำแนะนำนี้ คุณสังเกตเห็นว่าฉันประกอบ PCB แบบกำหนดเองเพื่อสร้างแหล่งพลังงาน 9V ของตัวเอง ฉันได้เรียนรู้บางสิ่งระหว่างทาง

ตอนนี้ฉันกำลังใช้เซลล์แบตเตอรี่ 9V หลายเซลล์ (3) เซลล์แบบขนานเพื่อจ่ายพลังงานให้กับมอเตอร์ ฉันใช้ทั้งแบตเตอรี่อัลคาไลน์และ NiMH แบบชาร์จไฟได้

ประสบการณ์การเรียนรู้ #1: ใช้เวลานาน (หลายชั่วโมง) เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ NiMH 9V อย่างถูกต้อง

แนวทางแก้ไขที่เป็นไปได้: ลงทุนในเครื่องชาร์จ NiMH แบบหลายแบตเตอรี่ ควรเป็นเครื่องชาร์จที่ "ฉลาด"

ข้อเสีย: ราคาไม่แพง

ประสบการณ์การเรียนรู้ #2: แบตเตอรี่ 9V จริงๆ แล้วประกอบด้วยเซลล์ภายในขนาดเล็กหลายเซลล์ หากเซลล์ใดเซลล์หนึ่งตาย แบตเตอรี่ทั้งหมดก็ไร้ประโยชน์ ฉันไม่ได้มีปัญหานี้ แต่ฉันอ่านเกี่ยวกับมัน

ประสบการณ์การเรียนรู้ #3: แบตเตอรี่ 9V บางชนิดไม่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน อันนี้สำคัญ เพราะยิ่งแรงดันไฟสูงเท่าไหร่ก็ยิ่งเร็วมากขึ้นเท่านั้น เซลล์แบตเตอรี่ (และอุปกรณ์ชาร์จ) บางรุ่นมีเพียง 8.4V บางอย่างแม้แต่น้อย บางตัวเป็น 9.6V

ประสบการณ์การเรียนรู้ #4: แบตเตอรี่ 9V โดยเฉพาะแบตเตอรี่ NiMH มีน้ำหนักเบา สิ่งที่ดี. อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่ให้กระแสเอาต์พุต mA เท่านั้น นั่นคือเหตุผลที่ฉันต้องวางมันขนานกัน คุณต้องมีความจุกระแสไฟรวมเกือบ 2 แอมป์ แม้ในช่วงเวลาสั้นๆ

ประสบการณ์การเรียนรู้ #5: มีชุดแบตเตอรี่ 9.6V อยู่ ซึ่งใช้สำหรับสิ่งต่างๆ เช่น รถยนต์ที่ควบคุมด้วยวิทยุ ฉันยังไม่ได้ใช้ แต่ฉันเชื่อว่ามันให้กระแสไฟมากกว่าการทำแบตเตอรี่ 9V แบบขนานเหมือนที่ฉันทำ นอกจากนี้คุณยังสามารถชาร์จเครื่องเดียว แพ็คมาในขนาดต่างๆ และมีการพิจารณาน้ำหนัก แล้วคุณใช้ชุดจ่ายไฟให้กับรถทั้งคันหรือแค่มอเตอร์? ถ้าสำหรับรถทั้งคัน คุณจะต้องมีตัวควบคุมสเต็ปดาวน์ 5V สำหรับ Raspberry Pi

L298 H-Bridge มีความสามารถในการส่งออก 5V เพื่อจุดประสงค์นี้ แต่ฉันกังวลว่า Raspberry Pi จะสามารถผลิตกระแสไฟได้มากเพียงใดและถ้าบอร์ด L298 จะเครียดมากเกินไป

หากคุณตัดสินใจที่จะมีแหล่งพลังงานแยกจากกัน คุณอาจมีปัญหาเรื่องน้ำหนัก (หนักเกินไป)

ขั้นตอนที่ 4: การเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์สำหรับการขับรถเกมแพด

ฉันคิดว่าฉันได้ครอบคลุมส่วนนี้มากมายแล้วใน Robot Driven Via Remote USB Gamepad Instructable ดังนั้นฉันจะไม่ทำซ้ำที่นี่

ส่วนการเขียนโปรแกรม/ซอฟต์แวร์ใน Instructable อื่นๆ เป็นเพียงคำแนะนำเท่านั้น ฉันคิดว่าใครๆ ก็เรียนรู้มากขึ้นจากการลองผิดลองถูก

ขั้นตอนที่ 5: การเพิ่มกล้อง

ในหลักสูตร Udemy ฉันเชื่อว่าผู้เขียนใช้เดือยไม้ทรงกลมและปืนกาวเพื่อสร้างวิธีการยกระดับกล้อง

คุณจะต้องยกกล้องขึ้นเพื่อให้มองลงไปที่ถนนสองเลน เพื่อให้สามารถจดจำเลนได้ง่ายขึ้น

ที่ที่ฉันอาศัยอยู่ในสหรัฐอเมริกา เดือยไม้มีราคาไม่แพงมาก คุณสามารถซื้อได้ที่ Lowe's หรือ Home Depot ฉันเลือกเดือยสี่เหลี่ยมแทนที่จะเป็นเดือยกลม

ฉันยังเลือกที่จะสร้างฐานที่แข็งแรงขึ้นสำหรับหอกล้อง และฉันก็ทำให้หอคอยทั้งหมดถอดออกจากรถได้ เพื่อที่ฉันจะได้เล่นและทดลองกับตำแหน่งที่ดีที่สุดสำหรับหอคอยบนรถ

นอกจากนี้ ฉันยังสร้างหอคอยด้วยแนวคิดว่าฉันจะเริ่มต้นด้วยเว็บแคม USB แต่อาจเปลี่ยนไปใช้โมดูล Picamera ในภายหลัง

คุณอาจต้องการลงทุนในกล้องประเภทฟิชอาย

ฉันซื้อปืนกาวร้อนราคาไม่แพงมาก แต่ฉันต้องการเสริมฐานของหอคอยให้ดีขึ้น ดังนั้นฉันจึงเจาะรูสกรูบางตัวล่วงหน้าและเพิ่มสกรูเพื่อให้ยึดทุกอย่างเข้าด้วยกันได้ดีขึ้น

จากนั้นฉันก็ยึดฐานเข้ากับแชสซีของรถ

หากภายหลัง ฉันต้องการเคลื่อนย้ายสิ่งของต่างๆ ไปรอบๆ ฉันเพียงแค่คลายสลักฐานออกจากโครงเครื่อง เจาะรูใหม่ในตำแหน่งใหม่ของโครงเครื่อง และขันเสาทาวเวอร์เข้ากับโครงเครื่องอีกครั้ง

ฉันนำโค้ด Python และ Node.js "ตามฉันมา" จากหุ่นยนต์ขนาดใหญ่ (Wallace Robot 4) มาเป็นวิธีทดสอบทุกอย่าง โปรดดูรูปภาพในส่วนนี้สำหรับรายการ youtube ที่ให้รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ "Follow-me" มากขึ้น

ดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้ว การติดตั้งเว็บแคม USB ก่อนทำได้ง่ายขึ้น หลังจากนั้น ฉันสามารถติดตั้งโมดูล Picamera ได้

ขั้นตอนที่ 6: การจดจำใบหน้า - กำหนดตำแหน่ง

ส่วนนี้ไม่ใช่จุดเน้นของหลักสูตร Udemy แต่เป็นการออกกำลังกายที่สนุกสนาน

หากคุณทำการค้นหาเว็บด้วย "python opencv face recognition" คุณจะพบตัวอย่างที่ดีมากมายเกี่ยวกับวิธีการทำเช่นนั้น และพวกเขาทั้งหมดก็ทำตามขั้นตอนเดียวกัน

1. โหลดไฟล์หน้า "haar"
2. เริ่มต้นกล้อง
3. เริ่มวนซ้ำที่คุณคว้ากรอบ
4. แปลงภาพสีเป็นระดับสีเทา
5. ป้อนไปที่ opencv เพื่อให้มันค้นหาใบหน้า
6. เริ่มวงใน (สำหรับแต่ละใบหน้าที่พบ) (ในกรณีของฉันฉันเพิ่มรหัสเพื่อยกเลิกหากมีมากกว่า 1 ใบหน้า)

เพื่อจุดประสงค์นี้ที่นี่ เมื่อเราตรวจพบใบหน้าแล้ว เราจะรู้ X, Y, W และ H ของสี่เหลี่ยมจตุรัสจินตภาพที่แสดงโครงร่างใบหน้า

หากคุณต้องการให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปข้างหน้าหรือข้างหลัง คุณต้องพิจารณา W หาก W ใหญ่เกินไป (ใกล้เกินไป) ให้หุ่นยนต์ถอยกลับ ถ้า W น้อยเกินไป (ไกลเกินไป) ให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปข้างหน้า

การเคลื่อนไหวซ้าย/ขวานั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อยแต่ไม่บ้า ดูภาพสำหรับส่วนนี้ซึ่งมีรายละเอียดวิธีกำหนดตำแหน่งใบหน้าซ้ายและขวา

บันทึก:

หากคุณเรียกใช้ตัวอย่างเว็บ OpenCV ใด ๆ ตัวอย่างทั้งหมดจะแสดงมุมมองที่แท้จริงของสิ่งที่ opencv กำลัง "เห็น" โดยที่ใบหน้าถูกจัดกรอบเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส หากคุณจะสังเกต สี่เหลี่ยมนั้นไม่คงที่ (คงที่) แม้ว่าคุณจะไม่ได้เคลื่อนที่ก็ตาม

ค่าที่เปลี่ยนแปลงเหล่านั้นจะทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง ไปข้างหน้าหรือข้างหลัง ซ้ายหรือขวา

ดังนั้น คุณจะต้องมีเดลต้าบางประเภทสำหรับทั้งเดินหน้า/ถอยหลัง และสำหรับซ้าย/ขวา

ลองมาทางซ้ายกับทางขวา:

เมื่อคุณคำนวณทางซ้ายและขวาแล้ว ให้หาส่วนต่าง (เดลต้า):

เดลต้า = เอบีเอส (ซ้าย - ขวา)

คุณต้องใช้ค่าสัมบูรณ์เพราะคุณไม่รู้ว่าอันไหนจะเป็นจำนวนที่มากกว่า

จากนั้นคุณเพิ่มโค้ดแบบมีเงื่อนไขเพื่อพยายามย้ายเฉพาะเมื่อเดลต้ามากกว่าค่าต่ำสุด

คุณจะทำสิ่งเดียวกันกับไปข้างหน้าและข้างหลัง

ขั้นตอนที่ 7: ตำแหน่งใบหน้า - หุ่นยนต์เคลื่อนที่

เมื่อคุณรู้ว่าคุณต้องการให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปทางซ้ายหรือขวา ไปข้างหน้าหรือข้างหลัง คุณจะทำอย่างไร?

เนื่องจาก Instructable นี้เป็นงานที่อยู่ระหว่างดำเนินการ ในขณะนี้ ฉันเพิ่งคัดลอกโค้ดจากหุ่นยนต์ขนาดใหญ่ของฉันเพื่อใช้สำหรับโครงการนี้ โปรดตรวจสอบเพลย์ลิสต์ Robotics ของฉันบน youtube ซึ่งมีรายละเอียดทั้งหมดนี้

โดยสังเขปฉันมีรหัสในชั้น

สคริปต์การจดจำใบหน้าของ Python สร้างคำขอ http ไปยังเซิร์ฟเวอร์ Node.js

เซิร์ฟเวอร์ Node.js รับฟังคำขอ HTTP สำหรับเส้นทางการย้าย แปลงสิ่งเหล่านั้นเป็นโปรโตคอลอนุกรมที่กำหนดเอง

โปรโตคอลซีเรียลแบบกำหนดเองระหว่างเซิร์ฟเวอร์ Node.js และ Arduino

ร่าง Arduino ที่ทำคำสั่งจริงเพื่อย้ายหุ่นยนต์

หลักสูตร Udemy ไม่ได้ทำเหมือนข้างบน แต่เนื่องจากฉันต้องการก้าวหน้าและมุ่งเน้นไปที่การจดจำภาพจริง ฉันจึงใช้รหัสก่อนหน้าของฉันซ้ำในตอนนี้