SOLARBOI: ¡un rover solar 4G para explorar el mundo !: 3 pasos (con imágenes)

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

Desde que era joven, siempre me ha gustado explorar. A lo largo de los años, he visto muchas versiones de automóviles con control remoto controlados a través de WiFi, y parecían lo suficientemente divertidos. Pero soñaba con ir mucho más lejos, en el mundo real, mucho más allá de los confines de mi casa, mi calle o incluso mi suburbio. Anhelaba construir un robot que pudiera ir mucho más allá. Para hacer esto, preparé un robot equipado con una cámara, una conexión de datos 4G y un sistema de energía solar capaz de permitir misiones de días, semanas o incluso meses. Ahora transmito misiones en vivo con regularidad en Twitch.tv, ¡y SOLARBOI hace su parte al tratar de ir más lejos en el campo australiano que cualquier robot antes! El objetivo de SOLARBOI es quedarse en una ciudad rural australiana y navegar hacia el campo y hacia otros destinos. No puede recibir ayuda externa en su misión, de lo contrario se considera que ha fallado. Debe abrirse camino, kilómetro a kilómetro, durante días y semanas, confiando solo en el sol para cargar y la red 4G para comunicarse de regreso a la base. Si bien los conceptos básicos del proyecto parecen fáciles, ¡llevarlo a cabo es increíblemente difícil! Esta guía sirve para explicar los conceptos básicos de cómo funciona SOLARBOI y presentar ideas sobre la mejor manera de crear una plataforma de robot que pueda sobrevivir al aire libre durante semanas. No es un manual exacto paso a paso sobre cómo crear el tuyo propio; en cambio, es un punto de partida que puede utilizar para explorar sus propias construcciones y diseños.

Paso 1: Paso 1: el hardware

En primer lugar, necesitará un chasis para su robot. Si bien muchos experimentan con diseños de rover impresos en 3D, elegí usar un juguete preciado de mi infancia. El Radio Shack RAMINATOR se veía genial, con neumáticos grandes, tracción en las cuatro ruedas y suspensión funcional fuera de la caja. Si bien está optimizado para la velocidad sobre el par, decidí que esto funcionaría bien como base de mi proyecto de rover. Después de arrancar el hardware RC de grado de juguete, sustituí el motor por un ESC cepillado Hobbyking, mientras quitaba la configuración de dirección original y la reemplazaba con un servo resistente. Se instalaron baterías de polímero de litio para darle a SOLARBOI el poder de conducir durante horas a la vez.

Con los aspectos mecánicos fuera del camino, el comando y el control es la siguiente consideración importante. Para ello, me decidí por una Raspberry Pi Zero. Diseñado para absorber una pequeña cantidad de energía, es compatible con periféricos USB y es perfecto para un proyecto conectado a Internet. Como beneficio adicional, funciona bien con el periférico de la cámara Raspberry Pi, clave para darnos una vista del entorno del robot cuando estamos en el campo. Elegí una lente de cámara ojo de pez para SOLARBOI, que nos brinda una vista amplia y agradable para ayudar a navegar por el mundo en general. Para una conexión de regreso a la base de operaciones, confiamos en un dongle 4G, que nos brinda el ancho de banda alto que necesitamos para enviar comandos al robot y recibir video de regreso.

La energía solar es clave para la misión de SOLARBOI, de ahí el nombre. Se instala un panel solar de 20W para aprovechar al máximo el sol disponible, incluso en los días más nublados que soleados. Se usa para cargar las baterías durante el día, de modo que SOLARBOI pueda conducir de noche, lejos de miradas indiscretas e intrusos maliciosos. Obviamente, incluso con el Pi Zero de bajo consumo ejecutando el programa, no podemos dejarlo funcionando todo. el resto del tiempo, agotaríamos las baterías demasiado rápido. Por lo tanto, el Pi debe estar apagado la mayor parte del tiempo, pero debe encenderse a intervalos regulares para informar la posición de SOLARBOI y permitirnos iniciar sesión y conducir el robot cuando lo deseemos. Para lograr esto, un Arduino Pro Micro ejecuta un programa especial que enciende SOLARBOI durante los primeros 5 minutos de cada hora. Si iniciamos sesión en el robot desde Mission Control, permanecerá encendido, lo que nos permitirá ejecutar la misión. Si no detecta una conexión, vuelve a encender la Raspberry Pi para ahorrar energía y aprovechar al máximo la energía solar disponible. El GPS también se utiliza para asegurarse de que Mission Control siempre esté al tanto de la posición de SOLARBOI. Conducir en el campo en la oscuridad de la noche, puede ser muy difícil navegar solo por señales visuales. Por lo tanto, el GPS nos permite mantener una posición fija en la ubicación del robot y alcanzar nuestros objetivos en lo más profundo de la región de Australia.

Paso 2: Paso 2: el software

Obviamente, está muy bien tener un rover, pero necesita software para que funcione. El software de SOLARBOI está en constante desarrollo, lo que permite un mejor rendimiento y mejora la facilidad de uso con el tiempo.

El rover usa Raspbian, el sistema operativo predeterminado de Raspberry Pi Zero. Mission Control se ejecuta en Windows. Esto causa algunos problemas con varias utilidades de Linux que deben instalarse especialmente en Mission Control. Sin embargo, en última instancia, esta configuración nos ha permitido conducir muchos kilómetros con éxito con SOLARBOI y hace bien el trabajo. El video se transmite desde el robot a Mission Control a través de Gstreamer. Es difícil de usar y no está bien documentado para principiantes. Sin embargo, nos permite tener una transmisión de audio y video de baja latencia del robot que es lo suficientemente buena para que podamos conducir sin demasiados problemas. Ocurren abandonos y hay cierto retraso, pero cuando construyes los primeros robots del mundo para explorar el campo, ¡aprovechas al máximo lo que tienes! La transmisión se realiza en H264 nativo desde la cámara Raspberry Pi, para evitar poner demasiada carga en el Pi Zero mediante la transcodificación sobre la marcha. El control del robot se realiza mediante código Python personalizado, con una arquitectura de servidor / cliente. Al usar bibliotecas como PiGPIO y Servoblaster, podemos controlar fácilmente el sistema de accionamiento del robot y otras funciones en tiempo real. La instalación es muy fácil, gracias al ecosistema Raspberry Pi bien desarrollado.

Usamos una variedad de bibliotecas en Python para mostrar la telemetría en la pantalla. El más importante es MatPlotLib, que traza nuestros gráficos de batería en Mission Control que nos permiten monitorear el desempeño de SOLARBOI durante una misión en vivo.

Paso 3: Paso 3: las cosas que solo aprende en el campo

Ningún plan sobrevive al primer contacto con el enemigo, como dicen. De esa manera, SOLARBOI ha pasado por muchas pruebas en sus intentos de navegar hasta una cabina telefónica antigua en las zonas rurales de Nueva Gales del Sur. Estas son lecciones que a menudo solo se pueden aprender en el campo y las que hemos aprendido de la manera difícil. El sigilo es una preocupación primordial. Si el robot se destaca de su entorno, los transeúntes pueden encontrarlo fácilmente mientras se carga durante el día. Debido al pequeño tamaño y peso de la plataforma, SOLARBOI podría ser robado o destruido fácilmente, fallando así su misión. Este es un riesgo que asumimos cada vez que nos desplegamos en la naturaleza. Para mitigar esto, SOLARBOI está pintado con un acabado verde monótono en un intento de integrarse. Encontrar un espacio seguro para cargar con mucha luz solar pero con una visibilidad mínima es un desafío continuo. en su camino. Hemos tenido problemas en el pasado al quedar atascados en rocas o chocar contra árboles pequeños. La mayoría de las veces, esto se debe a una cámara con un campo de visión deficiente, niveles bajos de luz por la noche y un cansancio extremo por parte del operador. Nuestras actualizaciones para mejorar los faros y las lentes de ojo de pez tienen como objetivo evitar este problema en el futuro. El progreso lento y constante, en lugar de la velocidad absoluta, también es un buen mantra para vivir para evitar chocar con objetos cuando conduces con un retraso de video de 500 ms. El simple hecho de implementar en el país trae sus propios problemas. Significa que el hardware de SOLARBOI debe estar en plena forma, no sea que un viaje de muchas horas al área de implementación sea en vano. Esto nos ha costado mucho combustible y tiempo en misiones pasadas, y algo que pretendemos evitar con pruebas rigurosas en el futuro. Sin embargo, es algo a tener en cuenta cuando se despliega un robot en lugares lejanos. Finalmente, las buenas instalaciones en Mission Control son imprescindibles. Debe haber cafeína a mano para mantener a la tripulación alerta y alerta, así como agua para mantener una hidratación adecuada. La telemetría clara y actualizada también es útil para diagnosticar problemas rápidamente, y una transmisión de video de baja latencia sin interrupciones es lo mejor para una conducción suave en la naturaleza australiana Esto también permite al conductor aprovechar al máximo la velocidad de SOLARBOI, cuando sea necesario, para evadir los autos que pasan, la vida silvestre o Shackleton el Gato, a quien conocimos en la Misión 1. En general, SOLARBOI tiene mucho más por recorrer en misiones futuras e, idealmente, pasará muchos meses en el campo explorando a lo largo y ancho. Para seguir el viaje de SOLARBOI, síguelo en Twitch.tv y Youtube, ¡y disfruta de las misiones a continuación! Como siempre, habrá más aventuras por venir a medida que SOLARBOI se desarrolle y viaje más y más lejos de casa.