Robot de telepresencia Snap Circuits: 9 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Las vacaciones en 2020 son un poco diferentes. Mi familia está diseminada por todo el país y, debido a la pandemia, no podemos reunirnos para las vacaciones. Quería una forma de hacer que los abuelos se sintieran incluidos en nuestra celebración de Acción de Gracias. Un robot de telepresencia como el Double 3 sería perfecto, excepto que cuesta $ 4, 000. Me preguntaba si podría construir algo similar por mucho menos dinero.

El Snap Circuits® RC Snap Rover® es un vehículo de control remoto con componentes electrónicos diseñados para el cambio y la experimentación. Tiene aproximadamente el tamaño adecuado para ser la base de un robot de telepresencia, y pensé que probablemente podría conectarlo para controlarlo desde la web.

¡Si pudiera montar una tableta en el rover, tendría un robot de telepresencia que permitiría a los abuelos participar en nuestra celebración! Podrían moverse por la casa por su cuenta e interactuar con diferentes personas, en lugar de quedarse atrapados en un solo lugar. La novedad también podría mantenerlos a ellos, y a mis hijos, más interesados que una videollamada normal.

Conseguí que el robot funcionara la noche anterior al Día de Acción de Gracias, ¡y fue un gran éxito!

Con componentes electrónicos listos para usar y un poco de carpintería ligera, usted también puede construir un robot de telepresencia. ¡No requiere soldadura!

Suministros:

Hardware

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Nota: el Snap Rover 'Deluxe' no utiliza las mismas piezas y no funcionará con esta guía. Si tiene el Deluxe Snap Rover, deberá comprar un circuito integrado de control de motor por separado

• Conectores snap-to-pin
• Raspberry Pi Zero W u otro dispositivo con GPIO programables capaces de ejecutar NodeJS
• Estuche para Raspberry Pi (opcional)
• Cabezales de martillo GPIO (hembra)
• Tarjeta microSD (4GB o más)
• Batería USB y cable Micro-USB para alimentar el Pi
• iPad u otra tableta / teléfono

• Misc. madera:

  • Pasador de madera de 1 "x 48", cortado a la altura deseada
  • 2x4, aprox. 10 "de largo
  • 2 piezas de moldura de 1/4 "x 1" x 8"
  • 2 piezas de 1x1 o similar, aprox. 3 "de largo
• Caja de cartón pequeña para que sirva de soporte para iPad
• Correa de nailon, aprox. 6 '

Software

• En el rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (probado con la compilación no oficial 14.15.1 armv6 en un Pi Zero W)
  • software de control remoto pi-rover

• En la tableta:

  Facetime, Zoom u otro software de videoconferencia

• En tu PC:

  Un cliente ssh (integrado en Mac + Linux; use algo como PuTTY para Windows)

Instrumentos

• Taladrar con broca de pala de 1"
• Pistola de silicona
• Martillo
• Vio
• Cinta métrica / regla

Para el usuario (abuelos, etc)

El abuelo, o quienquiera que esté operando el rover, necesitará lo siguiente:

Una PC con software de videoconferencia (FaceTime, Zoom, etc.) y un navegador web

O

Una tableta / teléfono con capacidad de pantalla dividida y software de videoconferencia

O

• 2 dispositivos:

  • Un teléfono, tableta u otro dispositivo con software de videoconferencia, y
  • Un segundo dispositivo con navegador web que se puede usar para controlar el navegador mientras el primer dispositivo se usa para video

Paso 1: selección de hardware

Para controlar el rover desde Internet, necesitaba una pequeña computadora que pudiera controlar el rover y actuar como un servidor web para que un abuelo pudiera acceder al rover. La Raspberry Pi Zero W encaja perfectamente. Es pequeño, tiene Wi-Fi y tiene suficiente potencia de CPU para ejecutar un servidor web pequeño. Además, solo cuesta $ 10, que es menos costoso que prácticamente todas las demás opciones para aficionados. Conseguí mis accesorios Pi + de la excelente gente de Adafruit.

Paso 2: Preparar el Pi: Encabezados

La línea de juguetes educativos Snap Circuits son como ladrillos LEGO® para electrónica. Te permiten cablear circuitos sin soldaduras y son relativamente a prueba de niños. Las placas electrónicas para aficionados (como la Raspberry Pi) proporcionan varias formas de conectar las cosas, pero ninguna de ellas es compatible con Snap Circuits.

Para evitar esto, instalaremos un encabezado en el Pi, luego usaremos cables de puente especiales "Snap to Pin" para conectar el Pi al móvil sin soldaduras.

Instale los cabezales de martillo hembra en el Pi siguiendo las instrucciones de instalación (etiquetadas "para pHAT"). Es importante utilizar los encabezados femeninos; estos nos permiten conectar los cables de puente.

Paso 3: preparación de la Pi: software

La Raspberry Pi carga su software desde una tarjeta MicroSD. Instalaremos un sistema operativo, luego arrancaremos el Pi e instalaremos un par de otras herramientas más el software de control para el móvil.

1. Utilice el software Raspberry Pi Imager en su PC para descargar e instalar Raspberry Pi OS Lite (32 bits) en la tarjeta SD.
2. Use este tutorial para configurar el Pi en modo 'sin cabeza', sin usar un teclado o pantalla. Esto pondrá el Pi en Wi-Fi cuando se inicie por primera vez.
3. Habilite el protocolo Secure Shell (ssh) en la Pi siguiendo los pasos 3 + 4 de este tutorial sobre SSH. Puede ignorar la parte sobre la configuración de "Reenvío X". Esto le permitirá iniciar sesión en la Pi una vez que esté en línea.
4. Mueva la tarjeta SD al Pi y arranque el pi. Usé una batería USB para proporcionar energía, pero para este paso también puede usar un adaptador de corriente o un cable Micro-USB para alimentarlo desde su PC.
5. Encuentra la dirección IP de Pi. Deberá conectarse al Pi y luego controlar el móvil.

6. Inicie sesión en el Pi desde su PC. La sección "Configure su cliente" del tutorial de SSH tiene instrucciones detalladas. Ahora debería iniciar sesión en la Pi:

   ssh pi @

7. El software de control remoto utiliza una herramienta llamada NodeJS. Para instalar NodeJS en Pi, ejecute los siguientes comandos a través de SSH:

   wget

   tar xf node-v14.15.1-linux-armv6l.tar.gz export PATH = / home / pi / node-v14.15.1-linux-armv6l / bin /: $ PATH

8. Ahora debería tener NodeJS instalado en la Pi. Para probarlo, ejecuta

   nodo -v Después de unos segundos debería generar la versión de NodeJS, como

   v14.15.1

9. A continuación, instalaremos el software de control de rover, llamado pi-rover. Esto tomará varios minutos:

   sudo apt-get install git

   git clone https://github.com/smagoun/pi-rover.git cd pi-rover npm install

10. Ejecute el software del servidor en la Pi:

    nodo index.js

    Si todo va bien, debería poder acceder al Pi a través de un navegador web en su PC navegando al puerto 8080 en la dirección IP del Pi. Por ejemplo, si la dirección IP de su Pi es 192.168.1.123, vaya a

11. Salga del software del servidor con Ctrl-C.

12. Para ejecutar el servidor cada vez que se inicia la Pi, instale el archivo de servicio del sistema:

    sudo cp pi-rover.service / etc / systemd / system /

    sudo systemctl habilitar pi-rover.service

13. Una vez que el software esté probado y funcionando, apáguelo para que podamos instalar el Pi en el móvil:

    sudo shutdown -h ahora

Nota: Si va a dar acceso a otras personas fuera de su red doméstica (como el abuelo, que está en su propia casa este Día de Acción de Gracias), deberá configurar su enrutador para enviar tráfico desde su dirección IP pública a la Pi. Utilice una guía de reenvío de puertos como soporte para hacer esto.

Paso 4: Cablee el Rover

El Snap Rover viene con instrucciones para conectar el control remoto que viene con el kit móvil. Los adaptaremos para reemplazar el componente del receptor de radio con el Pi.

El manual del móvil incluye varios circuitos. Comience con el n. ° 1 (el "Night Rover") y saque todo a la izquierda de la columna 6. Esto deja en su lugar el IC de control del motor, las (4) resistencias de 1kΩ en las entradas al IC de control del motor, el interruptor deslizante, y los cables que van al móvil.

Paso 5: Conecte el Pi al Rover

Si tiene un estuche para el Pi pero aún no lo ha instalado, hágalo ahora.

El conector de 40 pines del Pi expone una gran cantidad de funciones. Usaremos varios de los pines de E / S de propósito general (GPIO) para conectar el Pi al móvil. Es importante conectar esto exactamente como se muestra aquí; Cablearlo incorrectamente corre el riesgo de dañar el Pi o el móvil.

1. Los pines del Pi están numerados del 1 al 40. Vale la pena revisar el pinout para comprender cómo están distribuidos.

2. Utilice los conectores Snap-to-Pin para conectar los siguientes 4 GPIO a las resistencias en las entradas del IC de control del motor:

   1. Pin 11 (GPIO 17) a la resistencia en LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) a la resistencia en LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) a la resistencia en RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) a la resistencia en RB
   5. Utilice un conector Snap-to-Pin más para conectar un pin de tierra (Pin 14) desde el Pi al suelo (-) en el móvil. Aunque tenemos 2 fuentes de alimentación separadas (el rover usa 9V y el Pi usa 5V de la batería USB), los dos lados están conectados eléctricamente y necesitamos una conexión a tierra común para que el circuito funcione.

Paso 6: construya el soporte para tableta

El montaje de la tableta requiere equilibrar varias necesidades en competencia:

• La tableta debe estar lo suficientemente alta en el aire para que pueda interactuar con niños y adultos de pie.
• El rover debe ser lo suficientemente estable para evitar que se vuelque al conducir.
• La tableta debe montarse lo más cerca posible del centro del móvil para brindar estabilidad y una experiencia suave mientras conduce.
• La parte superior del rover no está diseñada para tener nada más que Snap Circuits, y no hay una buena manera de colocar una carga sobre él sin arriesgarse a dañar los componentes.

Parte 1: Construyendo puentes

La parte superior del rover es una rejilla de plástico con protuberancias diseñadas para asegurar los componentes electrónicos. Colocar una carga directamente en la red no sería estable y podría dañar la red. Elegí construir una especie de puente sobre la base con soportes que se sientan entre los topes de la rejilla y una clavija montada en la parte superior del puente. Usé una correa de nailon para asegurar el conjunto de puente + pasador al cuerpo del rover.

1. Corta un 2x4 de aproximadamente 10 "de largo; debe ser más largo que el ancho del rover, para permitirnos sujetarlo con seguridad al rover.
2. Corte un par de piezas de 8 "de las tiras de moldura de 1/4". Esto ayudará a estabilizar el soporte de la tableta y evitará que se mueva hacia adelante y hacia atrás.
3. Pegue las tiras de moldura al 2x4. Las tiras deben estar espaciadas de modo que encajen en las ranuras de la rejilla, entre las protuberancias (aproximadamente a 5 "de distancia entre sí). Las tiras deben montarse de modo que la parte inferior del 2x4 se asiente por encima de la electrónica.
4. Corte un par de piezas de 3 "del 1x1 y péguelas en las esquinas donde las tiras de moldura se unen al 2x4. El objetivo aquí es evitar que las tiras de molduras se rompan del 2x4 bajo presión lateral.
5. Utilice la broca de pala de 1 "para perforar un agujero para la clavija en la parte superior del 2x4. No es necesario que el agujero atraviese completamente el 2x4; deje aproximadamente 1/8" de madera intacta en la parte inferior del agujero. para sostener la clavija. El agujero debe estar desplazado hacia un borde del 2x4, para dejar espacio para la correa de nailon en el otro lado. Pegue la clavija en el agujero, asegurándose de que esté vertical.

Nota: una clavija más pequeña podría funcionar. Elegí 1 de diámetro para asegurarme de que fuera lo suficientemente rígido como para amortiguar las oscilaciones. ¡No querrás marear al abuelo mientras conduce!

Parte 2: Soporte para tableta

Necesitaba una forma ligera pero resistente de sujetar la tableta a la parte superior de la clavija. La tableta en sí debe mantenerse lo más cerca posible de la clavija para que su peso no actúe como una palanca que intente volcar el móvil. Después de considerar brevemente construir una caja con una madera liviana como el tilo, opté por el enfoque de bajo esfuerzo de cortar una caja de cartón del tamaño adecuado. Encontré una caja de aproximadamente 10 "x 12" x 1 ". Corte un extremo para que la tableta pueda deslizarse y corte una abertura rectangular en un lado para que la pantalla de la tableta sea visible. Use pegamento caliente para asegurar el soporte de la tableta hasta la parte superior de la clavija.

Paso 7: ¡Abróchese el cinturón

Necesitamos conectar el soporte de la tableta al móvil. El rover no está diseñado para esto y no hay opciones de montaje convenientes. Opté por asegurar el soporte con una correa de nailon larga envuelta alrededor de ambos ejes (¡no ejes!) Del rover. Esto evita que el soporte se incline hacia adelante, hacia atrás o hacia cualquier lado. Asegúrese de que la correa no ejerza presión sobre ninguno de los componentes eléctricos y asegúrese de que esté ajustada y asegurada para que no se suelte.

Paso 8: ¡Empiece a viajar

Una vez que el soporte de la tableta se haya asegurado al móvil, encienda la Raspberry Pi y el móvil. Una vez que el Pi esté en línea, inicie sesión en la interfaz web (por ejemplo, https://192.168.1.123) y 'Solicitar control'. ¡Ahora debería poder conducir! Solo una persona a la vez puede conducir el rover, así que asegúrese de ceder el control del rover antes de que alguien más lo intente.

Instrucciones para abuelos

Una vez que el móvil esté en línea, llame al abuelo (¡o la abuela!) En FaceTime. Una vez que respondan, pídales que abran un navegador web y accedan a su dirección IP pública. Dependiendo del teléfono / tableta / computadora que estén usando, es posible que tengan que pasar al modo de "pantalla dividida" o usar un segundo dispositivo.

Una vez que hayan cargado la página web, deberían ver la interfaz de control del móvil. Haga que soliciten el control. ¡Ahora pueden interactuar con el resto de la familia como si estuvieran allí!

Paso 9: Mejoras futuras

Este diseño no es perfecto. Algunas posibles mejoras:

• Estabilizadores para el rover para que no se vuelque tan pronto cuando lo golpee un niño, una mascota, etc.
• Una forma de evitar que el vehículo tope con cosas (¡el conductor no puede mirar hacia abajo!)
• Más delicadeza en los controles del software pi-rover. En este momento, están codificados en algo que funcionó lo suficientemente bien para nosotros.
• Inserte la herramienta de videoconferencia en la página web para que la abuela no necesite 2 dispositivos para usar el móvil