روبوت الكلب: ليجو روبوت روفر مع كاميرا ويب: 17 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

إليك كيفية صنع روبوت Lego يمكنك التحكم فيه من أي شاشة عبر wifi. كما أن لديها كاميرا ويب حتى تتمكن من رؤية أين تذهب وأضواء LED للعيون! يعد هذا مشروعًا رائعًا لتقوم به مع أطفالك حيث يمكنهم القيام ببناء الشعار ويمكنك إشراكهم في أكبر قدر ممكن من الإلكترونيات كما يسعدهم. هناك الكثير من المرونة في كيفية تنفيذ هذا المشروع ، وهذا يعني أنك يمكن أن يأخذها بسهولة إلى أجزاء وإعادة تصميمها مرة أخرى. لقد وجدته مفيدًا ، عندما تعثرت في البدء من جديد. بمجرد القيام بذلك عدة مرات ، من السهل جدًا والسريع إعادة البناء من الألف إلى الياء. الشيء العظيم في هذا هو أنك لست بحاجة للقلق بشأن "كسر" أي شيء حيث ستطور المهارات لإعادة البناء بسهولة.

ماذا تحتاج

• Raspberry Pi B +
• طقم القاعدة والمحرك
• لوحة قاعدة ليغو
• قوة صناعية فائقة الغراء
• تدريبات
• سكين حرفة
• معدات اللحام
• بطاقة الذاكرة
• قارئ بطاقة SD
• طقم تحكم المحرك
• 2 المصابيح
• كاميرا ويب متوسطة السعر (يمكنك تجربة كاميرا رخيصة)
• جهاز كمبيوتر وجهاز لوحي / هاتف
• Wifi Router الذي لديك وصول إداري إليه
• الكثير من قطع الليغو
• شاحن هاتف الطوارئ
• 4 أسلاك قفزة لكل منها طرف أنثى واحد على الأقل
• 4 بطاريات AA (قابلة لإعادة الشحن جيدة)

الخطوة 1: تحضير القاعدة

لقد بدأت بقاعدة ومحركين مثل هذا المحرك في Amazon

خذ قاعدة البرسبيكس وألصقها بلوحة قاعدية رفيعة من Lego. لقد استخدمت الغراء الفائق القوة الصناعية لهذا الذي يجف في دقائق وهو قوي للغاية. عندما يتم إصلاح الغراء ، قم بقطع لوحة قاعدة Lego الزائدة بحيث تتبع خط لوحة قاعدة البرسبيكس. ثم حفر ثقوب من خلال لوحة Lego التي تتطابق مع قاعدة البرسبيكس. لقد قمت بحفر الثقوب عندما كنت في حاجة إليها. لديك الآن الأساس لبناء هيكل Lego الخاص بك.

الخطوة 2: قم بتجميع العجلات

الآن قم بتجميع العجلات. اتبع تعليمات المصنع هنا. كانت العجلات التي اشتريتها تحتوي على جميع التعليمات باللغة الصينية ، والتي لا يمكنني قراءتها ، ولكن كان من السهل جدًا التعرف عليها من الصور. بمجرد تجميعها ، قم بتوصيل الأسلاك بالمحركات باستخدام نقطة صغيرة من اللحام.

الخطوة 3: إرفاق العجلات بالقاعدة

بعد ذلك ، قم بتوصيل العجلات بلوحة القاعدة ، ويمكنك حفر ثقوب في القاعدة إذا احتجت إلى ذلك. من المحتمل أن تكتشف قرب نهاية المشروع أنك تريد توصيل الأسلاك عبر القاعدة في مكان آخر ، ولكن يمكنك دائمًا حفر حفرة جديدة والانتقال لاحقًا.

الخطوة 4: تحضير ملف Pi

الآن احصل على PI جاهزًا. لقد استخدمت نموذج B + مع دونجل USB wifi. لقد استخدمت صورة سطح المكتب الكاملة استنادًا إلى Debian Jessie والتي يمكنك تنزيلها من موقع Raspbian Pi. من المفيد إنشاء بطاقة SD من البداية ، والحفاظ على صورة القرص في متناول اليد حيث يمكنك البدء بسهولة من جديد. قد تحتاج إلى إجراء القليل من البحث على googling لمعرفة كيفية إنشاء صورة القرص على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. لقد أنشأت صورتي باستخدام Ubuntu مثل هذا: انقر بزر الماوس الأيمن على صورة القرص وحدد "فتح باستخدام كاتب صورة القرص". اكتب الصورة على بطاقة SD. صورة القرص صغيرة جدًا ، لذا إذا كان لديك بطاقة SD أكبر (على سبيل المثال: 30 جيجابايت) ، يمكنك استخدام برامج التقسيم مثل GParted لاستخدام كل المساحة المتاحة. بمجرد معرفة كيفية القيام بذلك ، يستغرق الأمر حوالي 5 دقائق ، ويستحق ذلك حقًا كما لو أخطأت في البرنامج ، يمكنك إعادة تثبيته مرة أخرى.

الخطوة 5: قم بتركيب لوحة التحكم

بعد ذلك تحتاج إلى لوحة تحكم المحرك. لقد استخدمت المجموعة من RyanTek. يأتي مع دليل لحام ممتاز ، لكن أعتقد أنه يمكنك أيضًا الحصول عليه مسبقًا ملحوم. إذا لم تكن قد فعلت أي لحام من قبل ، فلا تقلق ، فقط خذها ببطء وتدرب قليلاً قبل أن تبدأ على لوحة المحرك.

الآن ، قم بتوصيل حزمة البطارية (مع 4 بطاريات AA) والمحركات بلوحة التحكم ثم قم بتوصيل لوحة التحكم على دبابيس GPIO في Pi. مرة أخرى ، ستعطيك لوحة التحكم مزيدًا من التفاصيل. لا تقلق بشأن إدخال أسلاك المحرك المناسبة في الفتحات الصحيحة ، طالما أنها غير متصلة بفتحات طاقة التيار المستمر. لا أقوم بلصق Pi أو حزمة البطارية أو تثبيتها على لوحة Lego لأن هذا يمنحك المزيد من المرونة عند تصميم هيكل Lego. يمكنك أيضًا تغيير تصميمك بسهولة كلما تقدمت في العمل.

الخطوة 6: ابدأ في بناء جسم الليغو

حان الوقت الآن لبناء بعض الليغو. في هذه المرحلة ، يمكنك إشراك الأطفال الصغار حقًا ، طالما يمكنهم حمل قطعة من الليغو! بدأنا بسكن مربع أساسي فقط حتى كان كل شيء يعمل ، ثم أصبحنا أكثر ميلًا إلى المغامرة مع روبوت الكلب. الشيء العظيم هنا هو أنه يمكنك إعادة بناء جسم الروبوت بقدر ما تريد. ابدأ بإنشاء منزل لـ Pi. تذكر أن تترك مساحة لمنافذ USB وكابلات الطاقة. قم ببناء قدر لا بأس به من الرخاوة في أي مسكن تقوم ببنائه. لا بأس في أن تدور الأشياء قليلاً ولا يمكنك أن تكون دقيقًا جدًا مع Lego.

استخدمنا نوافذ Lego لتوفير الوصول إلى منافذ USB التي ستحتاج إليها لاحقًا.

الخطوة 7: تحضير Pi

حان الوقت الآن لبدء تشغيل Pi وتحريك الروبوت.

لقد قمت بتطوير الكود لاستخدامه مع هذا المشروع في Git hub. تأخذك Read me على صفحات git hub من خلال الإرشادات حول كيفية تثبيت جميع البرامج على Pi ، لكنني سأوجهك أيضًا خلال الخطوات هنا.

ابدأ أولاً بتشغيل Pi ، عن طريق توصيل كابل الطاقة. ستحتاج إلى توصيل كبل HDMI بجهاز تلفزيون واستخدام لوحة مفاتيح وماوس USB. أول شيء هو الاتصال بشبكة Wifi الخاصة بك. يمكنك القيام بذلك عن طريق النقر فوق الرمز الموجود أعلى يمين سطح مكتب Raspian وإثبات التفاصيل. بمجرد الاتصال بشبكة Wifi ، يمكنك القيام بكل شيء آخر من سطر الأوامر ، لذلك إذا كنت تفضل الاتصال بـ Pi باستخدام ssh ، ولكن في الوقت الحالي ، نظرًا لأننا متصلون بجهاز تلفزيون ، يمكننا فتح محطة طرفية من سطح مكتب Raspian.

الخطوة 8: قم بتثبيت البرنامج على Pi

افتح Terminal على Pi واكتب الأوامر التالية.

sudo apt-get update

يقوم هذا بتحديث Raspian بأحدث البرامج.

بعد ذلك ، قم بتثبيت برنامج كاميرا الويب

sudo apt-get install motion

تحتاج أيضًا إلى تكوين الحركة في هذه المرحلة. لقد قمت بإدراج ما يجب تحديثه في الملفات الموجودة على صفحات جيثب. هناك أيضًا إرشادات حول الحصول على كاميرا ويب تعمل على Pi الخاص بك. تعرف على الإعدادات والتلاعب بها بمجرد أن تشعر بالراحة مع الإعداد.

sudo apt-get install python-dev python-pip

يؤدي هذا إلى تثبيت مكتبات Python وأيضًا مدير حزم برامج Python.

تثبيت sudo pip "pubnub> = 4.1.2"

يؤدي هذا إلى تثبيت Pubnub ، البرنامج الذي يدير الرسائل بين لوحة التحكم والروبوت اللاسلكي الخاص بك.

يستغرق تثبيت هذا الجزء بعض الوقت ، لذا اذهب واصنع كوبًا من الشاي !!

الخطوة 9: تثبيت برنامج الروبوت

لقد قمت الآن بتثبيت جميع أجزاء وقطع البرامج التابعة ، حان الوقت لتثبيت الكود المطلوب لتشغيل الروبوت.

استنساخ بوابة

سيؤدي هذا إلى إنشاء مجلد lego-robot في دليل منزلك.

قبل أن تتمكن من تشغيل كود الروبوت ، تحتاج إلى إنشاء حساب PubNub والحصول على مفتاح النشر والاشتراك. يمكنك القيام بذلك باتباع إرشادات البدء الآن في PubNub. بمجرد الانتهاء من الإعداد ، ستحتاج إلى فتح الملفين:

• ليغو روبوت / خادم / keys.py
• ليغو روبوت / عميل / keys.js

واستبدل مفتاح الحانة والمفاتيح الفرعية بمفاتيحك التي يمكنك الحصول عليها من لوحة تحكم pubnub.

لاحظ أن قيمة القناة يمكن أن تكون أي شيء ، طالما أنها تتطابق مع العميل والخادم.

الخطوة 10: قم بتثبيت برنامج التحكم وتحقق من أنه يعمل بالكامل

على الكمبيوتر الشخصي ، قم باستنساخ كود git hub بنفس الطريقة التي فعلنا بها مع الروبوت.

استنساخ بوابة

قد لا يكون لديك git مثبتًا على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. إذا لم يكن كذلك ، يرجى اتباع التعليمات الموجودة في git hub.

لديك أيضًا خيار تنزيل الكود كملف مضغوط ، على الرغم من أنني أنصح بتثبيت GIT ونسخ الملفات عن طريق استنساخ المستودع.

ستحتاج إلى تحديث ملف lego-robot / client / keys.js بمفاتيح النشر والاشتراك الشخصية الخاصة بك.

عند الانتهاء ، افتح ملف lego-robot / client / keys.html في متصفح الويب. يجب أن تكون الآن قادرًا على التحكم في الروبوت الخاص بك باستخدام أزرار التحكم.

يوضح الرسم البياني أعلاه ما يحدث:

• عند النقر فوق زر يتم إرسال رسالة إلى pubnub (باستخدام مفتاح النشر الخاص بك)
• يقوم PubNub بعد ذلك بإعادة التوجيه إلى الروبوت الذي …
• يستمع (باستخدام مفتاح الاشتراك) للرسائل
• ثم يترجم الروبوت إلى إجراء.

لقد استخدمت pubNub باعتباره مجانيًا وسريعًا (في الوقت الفعلي) وتبسيط إرسال واستقبال الرسائل إلى حد كبير باستخدام واجهة برمجة تطبيقات رائعة حقًا.

يمكنك البحث في رمز العميل والخادم ورؤية الرسائل التي يتم إرسالها باستخدام مفاتيح بسيطة مثل "الأمام" و "الخلف".

هناك أيضًا وحدة تحكم في نمط عصا التحكم في lego-robot / client / joystick.html.

سأقوم بتحسين وحدات التحكم هذه ، وإضافة وحدات تحكم جديدة طوال الوقت ، لذلك إذا كنت تريد تحديث البرنامج ، يمكنك استخدام الأمر "git pull". لا تتردد أيضًا في المساهمة في مستودع git وإنشاء المزيد من عناصر التحكم سهلة الاستخدام.

أنت الآن جاهز للتحقق من عمل الحركة بشكل جيد. على Pi Terminal ، قم بتغيير الدليل إلى lego-robot / server واكتب:

sudo python robot.py

يؤدي هذا إلى تشغيل برنامج نصي بيثون للاستماع إلى الرسائل الواردة من Pubnub.

حاول الآن الضغط على بعض الأزرار الموجودة على وحدة التحكم ، يجب أن ترى هذه الردود الواردة على Pi Terminal (كما هو موضح في الصورة أعلاه) ويترجم robot.py هذه الرسائل إلى حركات عن طريق تعيينها للإشارات الموجودة على Pi GPIO.

يجب أن تكون قادرًا على تحريك الروبوت.

الخطوة 11: قم بإعداد كاميرا الويب ومصابيح LED

يمكنك استخدام أي كاميرا ويب متوافقة مع نظام التشغيل Linux (معظمها متوافق). سأختار مجموعة متوسطة (حوالي 15 جنيهًا إسترلينيًا) حيث جربت واحدة رخيصة جدًا ولم أستطع الحصول على أي نوع من الصور الواضحة منها. تتمثل الخطوة الأولى في تفكيك كاميرا الويب بحيث يكون لديك اللوحة الأساسية والكاميرا فقط.

إذا كنت ترغب في تثبيت الأضواء ، فخذ ضوء LED وقم بتوصيل سلكين قفزة بكل طرف. لقد استخدمت أسلاك القفز التي لها طرف أنثوي في أحد طرفيها حتى تتمكن من توصيلها بسهولة في دبابيس Pis GPIO لاحقًا. الطرف الآخر من السلك الذي تحتاج إلى تجريده ، لإزالة الطرف. يمكنك اللحام هنا أيضًا لإجراء اتصال آمن. لقد استخدمت أيضًا بعض أغلفة الانكماش الحراري ، والتي يمكنك استخدامها لتغطية كل سلك ، على الرغم من أنني لن أقلق بشأن القيام بعمل جيد جدًا حتى تشعر بالسعادة لأن كل شيء يعمل ، ثم يمكنك الانتهاء والتحسين. من الجيد أيضًا استخدام المقاوم لمنع احتراق مؤشر LED الخاص بك.

يوجد تعليمات مفصلة هنا توضح بالتفصيل كيفية توصيل مصابيح LED.

كما تظهر الصورة ، أستخدم كتلة Lego بها ثقب كطريقة سهلة لتركيب مؤشر LED على رأس الروبوتات.

الخطوة 12: قم بإنشاء الرأس باستخدام كاميرا الأنف والأضواء

قم بإنشاء غطاء رأس للكاميرا. لن أكون محددًا جدًا هنا لأن الوقت قد حان لكي تكون مبدعًا. ومع ذلك ، فأنت بحاجة إلى البناء حول الكاميرا. يدمج روبوت الكلب الكاميرا في أنفه وله عينان كمصابيح LED. تأكد من ترك فتحة في مؤخرة الرأس لإخراج الأسلاك.

الخطوة 13: أكمل الجسم

أنت الآن سعيد لأن روبوت الكلب يتحرك بشكل أساسي ، يمكنك إنشاء مبيت لحزم البطاريات. لقد استخدمت حزمة من 4 بطاريات AA (مزودة بالعجلات والقاعدة) وحزمة شاحن هاتف الطوارئ. بطاريات AA مخصصة لمحركات التيار المستمر للعجلات وحزمة الهاتف المحمول مخصصة لـ Pi. إنها لفكرة جيدة أن تسهل الوصول إلى البطاريات حيث سيتعين عليك الوصول إليها لإعادة شحنها واستبدالها.

بمجرد أن تكون سعيدًا ، ضع سقفًا فوق Pi. لا أقلق كثيرًا بشأن إخفاء الأسلاك والدوائر الكهربائية ، لأن هذا جزء من صورة الروبوتات. لكن الأمر كله متروك لك في هذه المرحلة. قد ترغب في التفكير في مدى ثقل برنامج الروبوت الخاص بك ، فكلما كان أثقل كان يتحرك بشكل أبطأ.

الخطوة 14: قم بتركيب الرأس

حان الوقت لتوصيل كل شيء.

قم بتوصيل سلك USB الخاص بكاميرات الويب بمقدمة الروبوت ، باستخدام فتحات الوصول التي قمت بإنشائها. يمكنك تأمين السلك بالروبوت عن طريق إنشاء بعض مساكن الليغو. لقد قمت أيضًا بتقصير سلك USB عن طريق قصه وإعادة لحامه ، ولكن لا تفعل ذلك إلا إذا كان لديك بالفعل رغبة في لحام 4 أسلاك صغيرة معًا. قد يكون من الأسهل شراء سلك USB قصير وإعادة توصيله بالجزء الخلفي من الكاميرا.

تحتاج أيضًا إلى توصيل مصابيح LED بدبابيس Pis GPIO التي لم يتم تناولها بواسطة وحدة التحكم في لوحة المحرك. هذه هي دبابيس GPIO 20 و 21 ودبابيس الأرض الاحتياطية القريبة. استخدم دبابيس الأرض الاحتياطية في مكان قريب. إذا لم يعمل المصباح ، فحاول تبديل الأرض المستديرة بإخراج GPIO. لتحديد المسامير المراد توصيلها بـ Google رسم تخطيطي GPIO جيد.

الخطوة 15: اختبر المصابيح وكاميرا الأنف

لبدء نوع برنامج كاميرا الويب:

حركة سودو

تأكد أيضًا من بدء تشغيل البرنامج النصي robot.py (كما هو مفصل في التعليمات السابقة):

sudo python robot.py

يجب أن تكون الآن قادرًا على استخدام مفتاح الأضواء على وحدة التحكم لتشغيل وإطفاء الأنوار.

يجب أن تبث كاميرا الويب على عنوان Pis IP الخاص بك على المنفذ 8080 ، لذلك على سبيل المثال اكتب ما يلي في متصفح الويب الخاص بك.

192.168.1.2:8081

لقد وجدت عنوان Pi IP عن طريق تسجيل الدخول إلى جهاز التوجيه الخاص بي كمسؤول والنظر إلى الأجهزة المتصلة. عادةً ما تكون التعليمات الخاصة بكيفية القيام بذلك موجودة على الجزء الخلفي من جهاز التوجيه ، أو ارجع إلى إرشادات أجهزة التوجيه الخاصة بك على الإنترنت.

يمكنك استكشاف إعدادات التكوين الخاصة ببرنامج الحركة ، كما هو موضح في الخطوة السابقة. أجد أنه في بعض الأحيان يتوقف البث مؤقتًا ، لكنه يعمل بشكل عام بشكل جيد.

يمكنك الوصول إلى دفق الفيديو هذا من أي شيء يقوم بتشغيل متصفح متصل بشبكة Wifi الخاصة بك.

الخطوة 16: الانتهاء

الوصول عبر الإنترنت

يجب أن تكون الآن قادرًا على التحكم في الروبوت من متصفح على جهاز كمبيوتر. ومع ذلك ، من الجيد أن تكون قادرًا على التحكم في الروبوت من أي جهاز يعمل باللمس مثل Ipad أو الهاتف.

للقيام بذلك ، تحتاج إلى استضافة ملفات العميل (أزرار.html إلخ) على خادم ويب.

لقد بدأت بتثبيت خادم ويب على Pi ، والذي يعمل بشكل جيد. ومع ذلك ، من الأسهل فقط تحميل ملف HTML إلى أي خادم ويب آخر. لقد قمت ببساطة بنسخ ملف HTML إلى حسابي المضيف الأزرق العام. قد ترغب في حماية الوصول إلى هذه الملفات لأنها تحتوي على المفاتيح الفرعية pub لقناة pub nub الخاصة بك. بمجرد القيام بذلك ، يمكنك الوصول إلى وحدة التحكم من أي جهاز ، حتى من خارج منزلك.

بدء التشغيل التلقائي

شيء مفيد آخر يجب القيام به هو تحديث البرنامج النصي / etc / rc.local على raspberry Pi الخاص بك ؛ مضيفا هذين السطرين:

• حركة سودو
• nohup sudo python /home/pi/lego-robot/server/robot.py &

سيتم تشغيلها في كل مرة يبدأ فيها Pi ، لذلك لا يتعين عليك تشغيل الأمر يدويًا.

الخطوة 17: استمتع

هذا كل شئ.

لا تتردد في ترك التعليقات إذا واجهتك مشكلة وإذا كنت ترغب في تحسين أي من البرامج ، فيرجى المساهمة في مستودع جيثب. سأستمر في العمل في هذا المشروع وإليك بعض الأفكار:

• وحدة تحكم نمط "big trak" حيث تقوم ببرمجة سلسلة من الأوامر مثل "left 10 ، forward 6 ، back 2 …" ثم اضغط على "run" ويقوم الروبوت بتنفيذ الأوامر.
• رقبة مائلة ، بحيث يمكنك النظر لأعلى باستخدام كاميرا الويب
• مكبر صوت يترجم النص من جهاز التحكم إلى كلام
• التحكم الصوتي

هتافات

نفذ