Pocket Spy-Robot: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

¿Aburrido durante el encierro? ¿Quieres explorar el reino oscuro debajo del sofá de la sala de estar? ¡Entonces el robot espía de bolsillo es para ti! Con solo 25 mm de altura, este pequeño robot es capaz de aventurarse en lugares demasiado pequeños para que la gente pueda ir, y retroalimenta todo lo que ve a través de una práctica aplicación de teléfono.

Requerimientos:

Experiencia de nivel medio en electrónica

Conocimientos básicos de Python y Raspberry Pi.

Una gran cantidad de tiempo

Suministros

Partes:

• Raspberry pi Zero W (no WH ya que no usaremos los encabezados proporcionados)
• Cámara Raspberry Pi
• Tarjeta SD para Pi (8 GB o más es lo mejor)
• 2x 18650 baterías y soporte (¡Como un circuito de carga no está integrado, un cargador también tiende a ayudar!)
• 2x motorreductores micro 300RPM 6V
• Controlador de motor L293D
• Regulador de voltaje LM7805
• Condensador de 22μF
• Condensador de 10μF
• Clavijas y enchufes de cabezal SIL de 2,54 mm (2 secciones de 8 de largo de cada una)
• Pines de cabezal en ángulo de 90 grados de 2,54 mm
• 10 tornillos avellanados M3 x 8 mm
• 4 tornillos avellanados M3 x 12 mm
• 14 tuercas Nylock M3
• Kit de conector Dupont (se puede prescindir, pero hace la vida mucho más fácil)
• Varilla de acero o aluminio de 5 mm x 80 mm
• Alambres surtidos
• Tablero de soldadura

Instrumentos:

• Soldador y soldadura
• Conjunto de archivos
• Destornilladores surtidos
• Cuchillo artesanal de algún tipo
• Super pegamento
• Cortadores de alambre
• Pelacables
• Taladro eléctrico y juego de brocas (se utilizarán 3 mm y 5 mm para limpiar los agujeros en la impresión)
• Impresora 3D (aunque se pueden imprimir las piezas y enviarlas a través de cualquiera de estos servicios)
• Mini sierra para metales
• Multimetro
• Cinta eléctrica

Paso 1: construcción del chasis

Muy pronto me di cuenta de que, si bien la cinta adhesiva es increíble, probablemente no debería usarse para hacer un chasis resistente, por lo que la impresión 3D fue la siguiente opción obvia (en algún momento voy a lograr esta, tan pronto como Lo haré, lo subiré.) Las piezas están diseñadas para pegarse con las secciones entrelazadas que se ven en las fotos de arriba, ya que uso una impresora Elegoo Mars, que produce hermosas impresiones pero desafortunadamente tiene una placa de construcción bastante pequeña. Aquí es donde entran los archivos y el superpegamento, los bordes etiquetados arriba deberán limarse hasta que encajen perfectamente dentro de las ranuras de la siguiente pieza, descubrí que como las impresoras 3D no son perfectas, esta es la mejor manera de obtener un ajuste perfecto. Entonces, una vez que haya terminado de archivar, ¡pegue las partes juntas! (Solo no tus dedos, como aprendí demasiadas veces) Al pegar las piezas, recomiendo colocarlas sobre una superficie plana para asegurarte de que se asienten rectas. (Pesarlos puede ayudar con esto)

Será necesario perforar un par de orificios con una broca de 5 mm (etiquetada en la quinta imagen), esto debe hacerse con mucho cuidado o con el uso de una lima circular para minimizar el riesgo de que se rompa la pieza. Para facilitar el montaje más adelante, todos los orificios de 3 mm del chasis deben perforarse con una broca de 3 mm para garantizar que los pernos encajen bien. Además, en la base del chasis hay una serie de recortes hexagonales para que encajen los nylocks, vale la pena usar una lima pequeña para ensancharlos si las tuercas no encajan fácilmente. Descubrí que era mucho mejor diseñar con el tamaño exacto y luego quitar el material donde fuera necesario, ya que esto da como resultado el mejor ajuste.

Partes para imprimir:

• Chassis1.stl
• Chassis2.stl
• Chasis3.stl
• Chassis4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Wheel1.stl
• 2x Wheel2.stl
• top.stl

Paso 2: el circuito

Como todo el objetivo del proyecto es ser compacto, el circuito para alimentar el pi y los motores está integrado en una sola placa que se asienta sobre el pi de manera similar a un HAT, que se conecta al encajar en los encabezados soldados al GPIO. Como los motores son bastante pequeños y no requerirán mucha corriente, utilicé un controlador de motor de puente H dual L293D para alimentarlos, ya que el GPIO de Pi puede dañarse si se usa para impulsar motores (EMF trasero y demás, así como sobrecorriente). El puente doble H utiliza un conjunto de transistores NPN y PNP de modo que si los transistores Q1 y Q4 están alimentados y, por lo tanto, permiten que la corriente pase, el motor girará hacia adelante. Si Q2 y Q3 están alimentados, la corriente fluye a través del motor en la dirección opuesta y lo hace girar hacia atrás. Esto significa que el motor puede girar en ambas direcciones sin el uso de relés u otros componentes y nos permite alimentar el motor por separado al pi en lugar de desconectarlo.

El LM7805 proporciona energía al pi a través del pin GPIO de 5v, pero no debe usarse para alimentar el L293D, ya que el pi puede requerir casi toda la salida de 1A del 7805, por lo que es mejor no arriesgarse a fundirlo.

La seguridad:

Si el circuito se construye incorrectamente y se proporciona más de 5v al pi, o se pasa a través de un pin diferente, el pi se dañará irreparablemente. Más importante aún, el circuito debe revisarse minuciosamente y probarse en busca de cortocircuitos, especialmente en las entradas de la batería, ya que los LiPo tienden a causar problemas, * tos *, explosiones cuando están en cortocircuito, probablemente debería evitar eso. Encontré que la mejor manera de probar esto era probar el circuito conectando un bloque de 4 baterías AA a la entrada y midiendo el voltaje de salida con un multímetro. De todos modos, las cosas de seguridad se terminaron, ¡hagamos un poco de soldadura!

La placa debe construirse de acuerdo con el diagrama de circuito anterior y en una configuración similar a mi circuito, ya que este diseño encaja perfectamente sobre el pi y aún no ha explotado los LiPos (dedos cruzados). Es importante que se siga el orden a continuación, ya que los cables se enrutarán cerca o sobre otros cables y pines, este orden significa que estos cables se hacen en último lugar para evitar cortocircuitos. Al soldar en los pines del cabezal, es importante colocarlos en una sección de repuesto del cabezal para asegurarse de que no se muevan cuando se calientan.

Pasos:

1. Corte la tabla a la medida y lime el borde cortado suavemente (la mía usa 11 filas por 20 filas y tiene letras y números para codificarlas). Le daré las posiciones de los pines en la tabla con este sistema de coordenadas para hacer la vida más fácil. Como el tablero es de 2 lados, me referiré al lado que mira hacia el pi como el lado 'B' y al lado alejado del pi como el lado 'A'.
2. Suelde el L293D y el LM7805 en su lugar, el pin superior izquierdo del L293D se encuentra en el lado B en la posición C11. El LM7805 necesitará que sus pines de salida se doblen de manera que la parte posterior de metal del chip quede plana contra la placa, el pin izquierdo debe estar en la posición P8.
3. Suelde los pines del cabezal en su lugar, primero debe empujar el lado más corto de los pines a través del bloque negro hasta que estén planos contra la parte superior de dicho bloque. Deben empujarse desde el lado A con la esquina inferior derecha en el orificio T1 y soldarse desde el lado B como se muestra y documenta en las imágenes de arriba. Una vez hecho esto, corte suavemente los bloques negros y coloque las 2 filas de pines en los encabezados correspondientes que aún no deben soldarse al pi, estos se aseguran de que los pines no se muevan al soldarlos.
4. A continuación, suelde los pines del motor y la batería, 4 de ancho para el motor y 2 de ancho para la batería. Los pines de la batería deben colocarse en las ranuras J4 y K4 en el lado B, los pines del motor entre L2 y O2 en el lado B.
5. Los dos condensadores necesitan soldarse ahora, ambos desde el lado B. El ánodo (pata positiva) del condensador de 22μF debe estar en la ranura P10 en el lado B y debe soldarse a P8 con la sección restante de la pata, antes de recortar cualquier sobrante. El cátodo (pata negativa) debe pasar por la ranura P11 y doblarse como se ve en la imagen para conectar con P7 (el cátodo del 7805). El ánodo del capacitor de 10μF debe pasarse por la ranura P4 y la pata debe soldarse al pin P9, el cátodo debe pasarse por la ranura P3 y conectarse a P7 de la misma manera que el otro capacitor.
6. Los cables de conexión deben tomar los caminos que se ven en las imágenes de arriba, por lo que para ahorrar tiempo de lectura, he compilado una lista de los pines que deben estar conectados por estos, en orden y con los lados especificados, el lado especificado es el lado donde está la parte aislada. del cable reside. Las coordenadas se formatearán de modo que la primera letra signifique un lado, seguida de la coordenada. Por ejemplo, si tuviera que conectar un pin L293D a una salida, el mismo orificio que usa el pin no podría usarse, por lo que sería el orificio adyacente, el pin al que se conecta el cable se colocará a ambos lados de los orificios por los que pasan.. Esto se vería como B: A1-A2 a G4-H4 con el cable pasando por los orificios A2 y G4. Nota: En mis fotos, el lado A no tiene letras, asuma que esto sería de izquierda a derecha.
7. Como ya sacó el soldador, ahora es un buen momento para soldar los cables del motor y de la batería, recomendaría alrededor de 15 cm para los cables del motor, que deben soldarse horizontalmente a la placa posterior del motor para ahorrar espacio., una foto de esto está arriba. Se necesitan conectores en el otro extremo de los cables del motor, recomendaría poner una pequeña cantidad de soldadura en estos después de engarzarlos para garantizar una conexión sólida. El cable rojo de un soporte de batería debe soldarse al cable negro del otro dejando aproximadamente 4 cm entre los dos, los otros dos cables necesitan alrededor de 10 cm cada uno, pero en su lugar necesitan un conector que se adhiera al extremo para conectarse a la placa.

Alambrado:

1. B: C4-B4 a F11-G11
2. B: C9-B9 a O1-O2
3. B: G11-H11 a K5-K4
4. B: F9-G9 a M1-M2
5. B: F8-G8 a I4-J4
6. B: F6-G6 a L1-L2
7. B: K4-L4 a O10-P10
8. B: F7-H7 a N7-O7
9. En el lado A, todos los cables están soldados a ese lado, no se pasan cables, por lo que solo se necesitan 2 coordenadas.
10. A: O4 a O2
11. A: O5 a N2
12. A: O10 a M2
13. A: O7 a P2
14. A: R4 a Q2
15. R: Los pines de tierra O7, O8, R7 y R8 deben estar conectados.
16. A: E7 a K4
17. A: O1 a R10
18. A: M1 a R11
19. A: E4 a T1
20. A: G2 a R6

Recomiendo verificar esto con el diagrama de circuito anterior para garantizar el cableado correcto antes de realizar la prueba. La prueba del circuito debe realizarse con un conjunto de multímetros para probar la conectividad, los pines que deben verificarse son los siguientes, pero si ya es competente con la electrónica, pruebe tanto como pueda. Para verificar: pines de entrada de la batería, pines del motor, todos los pines del cabezal para el pi y la entrada y salida del 7805 contra tierra.

Paso 3: Configurar el Pi

En este tutorial, supongo que su pi ya está configurado con una imagen y conectado a Internet, si está configurando el pi por primera vez, le sugiero que use la siguiente guía de su sitio web para instalar la imagen:

www.raspberrypi.org/downloads/

Descubrí que la vida se hace mucho más fácil si uno puede trabajar con el pi mientras todavía está dentro del robot, pero como el puerto HDMI está bloqueado con un punto muerto, el escritorio remoto es la mejor opción. Esto es bastante fácil de configurar usando un paquete llamado xrdp y el protocolo RDP de Microsoft (integrado en Windows, por lo que no hay errores en ese extremo).

Para configurar xrdp, primero asegúrese de que su pi esté actualizado ejecutando los comandos 'sudo apt-get update' y 'sudo apt-get upgrade'. A continuación, ejecute el comando 'nombre de host -I' que debería devolver la dirección IP local del pi y ¡listo! Presione la tecla de Windows en su computadora y abra un programa llamado 'Conexión de escritorio remoto', luego ingrese la dirección IP de su pi en el campo Computadora, seguido del nombre de usuario 'pi' si no ha cambiado esto, presione enter y una conexión se establecerá con el pi.

El primer paquete que necesitará es para la cámara, ya que esta no es mi área de especialización. Agregué un enlace a la guía oficial para esto, que funcionó perfectamente para mí.

projects.raspberrypi.org/en/projects/getti…

Una vez que haya seguido esta guía e instalado el software anterior, ¡estará listo para pasar al siguiente paso!

Paso 4: el código

Lo primero es lo primero con el código, la programación está lejos de ser mi parte favorita de la robótica, por lo que si bien el programa es completamente funcional, la estructura sin duda no es perfecta, por lo que si nota algún problema con él, ¡realmente agradecería sus comentarios!

Descargue el archivo python adjunto a su pi y colóquelo en la carpeta Documentos, luego abra una terminal para comenzar a configurar la ejecución automática. Para asegurarnos de que no necesita un escritorio remoto al pi cada vez que desee utilizar el robot, podemos configurar el pi para que ejecute el programa al iniciarse. Inicie la configuración escribiendo "sudo nano /etc/rc.local" en el terminal, que debería abrir un editor de texto basado en el terminal llamado Nano, desplácese hasta la parte inferior del archivo y busque la línea que dice "exit 0", cree una nueva línea encima de esta y escriba "sudo python / home / pi / Documents Spy_bot.py &". Esto agrega el comando para ejecutar el archivo python como parte del proceso de arranque, ya que nuestro programa se ejecutará continuamente, agregamos "&" para bifurcar el proceso, permitiendo que pi termine de arrancar en lugar de ejecutar este programa en bucle. Para salir de nano, presione ctrl + x luego y. Después de salir de nuevo a la terminal, escriba "sudo reboot" para reiniciar el pi y aplicar los cambios.

Si los motores están girando en direcciones incorrectas, abra el archivo Spy_bot.py con el editor de texto y desplácese hasta la sección de código del motor, que estará etiquetada con instrucciones sobre los números exactos para intercambiar. Si se intercambian los motores izquierdo y derecho, se puede arreglar en el código o intercambiar los cables, si prefiere evitar desarmarlo todo nuevamente, intercambie 12 en la función del motor con 13 y 7 por 15.

El código está anotado con detalles de lo que hace cada sección, de modo que se pueda modificar y entender fácilmente.

Paso 5: Poniéndolo todo junto

Montaje de los motores:

Después de haber pegado el chasis y configurado el pi, ¡ahora está listo para ensamblar el robot! El mejor lugar para comenzar es con los motores, sus soportes están diseñados para ajustarse cómodamente, por lo que es probable que se necesite una pequeña cantidad de limado en las pequeñas protuberancias en el interior de este, que están etiquetadas en la foto de arriba. Es posible que los orificios al final de estos también necesiten ensancharse ligeramente de modo que la sección dorada en relieve en el extremo de los motores encaje dentro de ellos. Una vez que los motores puedan encajar perfectamente dentro de las carcasas, puede quitar el motor y atornillar las carcasas en su posición en la parte trasera del robot usando los pernos M3 x 8 mm y las cerraduras nylocks, luego colocando los motores en sus lugares.

Colocación de la electrónica:

A continuación, los soportes de la batería y la raspberry pi se pueden atornillar en su lugar con pernos M3 x 8 mm y nylocks de acuerdo con las fotos, es posible que los orificios de montaje en el pi zero necesiten ensancharse ligeramente ya que los pernos estarán apretados, la mejor y más segura manera de hacerlo. esto es con una lima redonda pequeña y mucha precaución. Vale la pena colocar los cables de la batería y del motor debajo de donde va el pi, ya que esto hace que toda la configuración sea mucho más ordenada sin cables sueltos por todas partes.

Ahora es el momento de agregar la cámara, que se puede colocar en las 4 clavijas en la parte frontal del chasis con el cable ya en la parte posterior, el otro extremo del cable plano debe doblarse suavemente para encajar en el puerto de la cámara del pi, con los contactos del cable hacia abajo, tenga cuidado de no doblar con fuerza el cable plano, ya que tienden a ser bastante frágiles.

Montaje de la placa superior:

Los 6 separadores deben tener 19 mm de largo, de lo contrario, una lima de metal decente debería hacer el trabajo, cuando esto esté hecho, deben atornillarse a la parte superior del chasis con el extremo nuevo contra el plástico, si corresponde. La placa superior ahora se puede atornillar a estos, asegurándose de doblar suavemente el cable plano debajo de ella.

Añadiendo las ruedas:

¡En el último escalón, las ruedas! Las dos ruedas con orificios centrales más pequeños deben perforarse a 3 mm para adaptarse a los ejes del motor, aunque si su impresora 3D está calibrada a un nivel alto, esto no debería ser necesario. Los orificios cuadrados en todas las ruedas necesitarán ensancharse ligeramente para que se pueda colocar un nylock dentro de ellos, cuando se hace esto, un M3 x 12 mm y un nylock necesita encajar dentro de cada rueda y apretar lo suficiente como para que la cabeza del perno esté nivelada con el borde de la rueda. Las dos ruedas restantes necesitarán ensancharse de la misma manera que las demás, pero a 5 mm en su lugar para adaptarse al eje. Una vez que las ruedas estén todas preparadas, recomendaría usar algún tipo de cinta aislante o una banda de goma para agregarles una superficie de agarre, si se usa cinta, aproximadamente 90 mm es suficiente para dar la vuelta a la rueda una vez. Las ruedas traseras ahora están listas para ser instaladas, la forma más fácil de hacerlo es girar el eje del motor de modo que la superficie plana mire hacia arriba y atornillar la rueda con el perno apuntando hacia abajo, dejando 1-2 mm entre la rueda y el carcasa del motor para evitar que se enganche. El eje delantero ahora se puede colocar a través de los bloques delanteros y las ruedas unidas.

Este paso debería concluir el proyecto, espero que haya sido informativo y fácil de seguir, ¡y sobre todo divertido! Si tiene alguna sugerencia, pregunta o mejora que pueda hacer, hágamelo saber. Estoy más que feliz de responder cualquier pregunta y actualizar este instructivo cuando sea necesario.