لعبة Raspberry Pi Zero Robot مطبوعة ثلاثية الأبعاد: 12 خطوة

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

هل أردت يومًا أن تصنع روبوتًا ، لكن لم يكن لديك كل المواد اللازمة لبناء واحد دون أن ينتهي بك الأمر بهيكل ضخم غير ضروري؟ الطابعات ثلاثية الأبعاد موجودة هنا لإنقاذ اليوم! لا يمكنهم فقط إنشاء أجزاء لتكون متوافقة مع أي جهاز تقريبًا ، بل يمكنهم أيضًا القيام بذلك بطريقة فعالة جدًا من حيث المساحة. سأوضح لك هنا كيفية إنشاء روبوت أساسي للغاية يتميز بأجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد و Raspberry Pi Zero وكاميرا Pi. أود أن أشجعك على أن تأخذ وتعديل ما قمت به ليناسب احتياجاتك العملية أو الترفيهية. للتحكم في الروبوت وعرض موجز الكاميرا ، قمت بإنشاء تطبيق IOS (تطبيق PiBotRemote) يمكنك استخدامه وتعديله بحرية. ومع ذلك ، فإن القوة الحقيقية في مثل هذه المشاريع تنبع من التنوع في الاحتمالات في كل من الأجهزة والبرامج. لذلك أود أن أشجعك على أن تكون مبدعًا وأن تضيف إلى ما قمت به اعتمادًا على ما تعرف كيف تفعله. على سبيل المثال ، أعتقد أنه سيكون من الرائع جعل هذا الروبوت يستخدم رؤية الآلة للتعرف على محيطه والتنقل بشكل مشابه للسيارة ذاتية القيادة.

الخطوة 1: المتطلبات

• المواد

  • مطلوب (ما يقرب من 75 دولارًا أمريكيًا)

    • Raspberry Pi Zero W (10 دولارات)
    • بطاقة Micro SD (8.25 دولار)
    • 40 رأس دبوس (3.25 دولار)
    • أسلاك العبور (6.86 دولار)
    • بطارية USB (5.00 دولارات)
    • 900 دورة في الدقيقة Micro Gearmotor x 2 (12.95 دولارًا لكل منهما)
    • سائق المحرك (4.95 دولار)
    • عجلات (6.95 دولار)
    • 14 ملم كروي فولاذي (0.62 دولار)
    • البراغي والصواميل والمواجهات (انظر أدناه)

  • اختياري (حوالي 45 دولارًا)

    • المصابيح
    • كاميرا Raspberry Pi (29.95 دولارًا)
    • محول كاميرا Pi Zero (5.95 دولار)
    • محرك سيرفو (8.95 دولار)

  • أدوات

    • طابعة ثلاثية الأبعاد وخيوط
    • الكمبيوتر (سأستخدم جهاز Mac ، وستحتاج إلى واحد إذا كنت ترغب في استخدام تطبيق PiBot Remote)
    • iPhone / iPad / iPod Touch (إذا كنت ستستخدم التطبيق)
    • تدريبات
    • مفك براغي مع أطراف قابلة للتغيير

مزيد من المعلومات حول الأجزاء

• Pi Zero: إذا كنت تريد استخدام Pi Zero لهذا المشروع فقط ، فستكون بخير مع الجري بلا رأس طوال الوقت. خلاف ذلك ، إذا كنت تريد توصيل مخرج HDMI أو جهاز USB طرفي ، فستحتاج إلى شراء محولات إضافية. في هذه الحالة ، من المرجح أن يكون الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة هو شراء مجموعة Pi Zero ، مثل هذه (24 دولارًا) ، اشتريت من أمازون. على الرغم من أنه لا يزال يتعين علي شراء بطاقة micro SD ، إلا أن هذه المجموعة تأتي مع Pi Zero ، وكلاهما محولات ضرورية والعديد من الرؤوس المختلفة. كل هذا يمكن أن يكون مفيدا.
• بطاقة Micro SD: يمكنك استخدام أي بطاقة Micro SD طالما أنها تحتوي على سعة تخزينية لا تقل عن 8 جيجابايت.
• أسلاك العبور: أحب وصلات العبور مثل هذه لأنها تأتي كحزمة متصلة. هذا يسمح لي بفصل قسم من 9 أسلاك ، على سبيل المثال ، وتوصيل Pi وسائق المحرك بدقة.
• بطارية USB: تم إيقاف البطارية التي اشتريتها من Sparkfun منذ ذلك الحين. نتيجة لذلك ، سوف تحتاج إلى العثور على واحد في مكان آخر. بدا الملف الذي قمت بربطه مشابهًا لي ولكني لم أشتريه ، وقد تحتاج إلى تعديل ملفات الطباعة لتناسب بطاريتك. تأكد من العثور على بطارية بها كبل USB صغير متصل ، حيث يتيح لك ذلك التوصيل مباشرة بالـ pi بدون سلك زائد.
• سائق المحرك: أوصي باستخدام الغواص الذي ارتبطت به لأنه رخيص جدًا ، والطباعة مصممة لتناسب تلك اللوحة تمامًا. بالإضافة إلى ذلك ، قد تعمل اللوحات الأخرى بشكل مختلف ، وقد يكون لديك نتائج مختلفة.
• كرة فولاذية 14 مم: لقد استخدمت هذه الكرة لمجرد أن لديّ واحدة. لا تتردد في استخدام أحجام أخرى ، ولكن قد تحتاج إلى تغيير حجم المقبس. ستكون الكرة بمثابة العجلة الثالثة لروبوتنا. هذا هو أحد مجالات التصميم على الروبوت الخاص بي وهو الأكثر إشكالية في الوقت الحالي ويمكن أن يستخدم معظم التحسينات. في حين أنه يعمل بشكل جيد على الأسطح الملساء والصلبة ، إلا أنه يعاني من مشاكل على السجاد والأسطح الخشنة. لا تتردد في تغيير هذه المنطقة من التصميم الخاص بك.
• براغي ، صواميل ، مواجهات: قد تحتاج إلى العمل قليلاً للعثور على البراغي التي تناسبك. لقد وجدت ببساطة البراغي التي تثبت Pi ، بالإضافة إلى البراغي التي تحافظ على تثبيت كاميرا Pi معًا في مجموعة براغي والدي. بالنسبة إلى حوامل ومآخذ المحرك ، استخدمت هذه البراغي (2.95 دولارًا) ، وهذه المكسرات (1.50 دولارًا) ، وكلاهما متاح في Sparkfun. المواجهات و 8 براغي (قمت بتضمين 4 فقط بالصدفة في الصورة) التي تمسك الروبوت معًا التي أخذتها من مجموعات VEX غير المستخدمة في مدرستي.
• المصابيح: أنا متأكد من أنك تعرف أين يمكنك بسهولة العثور على بعض مصابيح LED. اختر الألوان التي تريد تمثيل الوظائف: الطاقة ، الاتصال ، مسار إعادة تشغيل الروبوت ، وتعليمات استقبال الروبوت.
• الكاميرا والمؤازرة: بناءً على ما ترغب في القيام به مع الروبوت الخاص بك ، يمكنك اختيار عدم تضمين الكاميرا والمؤازرة لأنهما ليسا ضروريين للحركة الأساسية ، وإضافة 45 دولارًا إلى تكلفة الروبوت.

الخطوة 2: إعداد Pi Zero

اتبع هذا الرابط لإعداد تثبيت بدون رأس على جهاز Raspberry Pi Zero W

• لا تنس أن Pi Zero لا يمكنه الاتصال بشبكة Wi-Fi بسرعة 5 جيجاهرتز
• تأكد من اتباع التعليمات الخاصة بـ Raspbian Stretch أو أحدث

بمجرد الاتصال بنجاح عبر SSH بـ pi ، قم بتشغيل

sudo raspi-config

وقم بتغيير التكوينات التالية:

• غير كلمة المرور الخاصة بك. من الخطير جدًا ترك كلمة المرور الافتراضية raspberry. تأكد من تذكر كلمة المرور هذه.
• في خيارات الشبكة ، قم بتغيير اسم المضيف من raspberrypi إلى اسم أقصر مثل pizero أو pibot. سأستخدم pibot لبقية هذا البرنامج التعليمي. تأكد من تذكر ما وضعته هنا.
• في خيارات التمهيد -> سطح المكتب / CLI ، حدد تسجيل الدخول التلقائي لوحدة التحكم
• انتقل إلى خيارات التفاعل وقم بتمكين الكاميرا

حدد إنهاء وإعادة تشغيل الجهاز.

الخطوة 3: قم بإعداد شبكة AdHoc

من خلال إنشاء شبكة AdHoc ، سنكون قادرين على توصيل جهاز التحكم الخاص بنا مباشرة بالروبوت دون أي وسطاء. سيسمح هذا بتدفق أسرع للفيديو وتقليل زمن انتقال التحكم. ومع ذلك ، هذه الخطوة ليست ضرورية لأن كل شيء سيظل يعمل من خلال شبكة wifi عادية.

أولاً ، ستحتاج إلى تنزيل وفك ضغط جميع الملفات الضرورية من GitHub. في Terminal ، انتقل إلى المجلد الذي تم تنزيله وأرسل مجلد PiBotRemoteFiles إلى pi باستخدام الأمر:

scp -r PiBotRemoteFiles / [email protected]: سطح المكتب /

يرسل هذا جميع الملفات الضرورية إلى الروبوت الذي سيتحكم فيه وينشئ شبكة AdHoc. تأكد من أن الملفات موجودة في مجلد يسمى "PiBotRemoteFiles" الموجود على سطح المكتب ؛ وإلا ستفشل أشياء كثيرة في الطريق. إذا كنت ستستخدم تطبيق PiBot Remote ، فيمكنك التبديل بين شبكة Wi-Fi العادية وشبكة AdHoc في إعدادات التطبيق. خلاف ذلك ، يمكنك تغييره يدويًا من خلال SSH بأحد الأوامر التالية:

sudo bash adhoc.sh

sudo bash wifi.sh

بالطبع ، تأكد من الانتقال إلى مجلد PiBotRemoteFiles قبل تشغيل الأوامر السابقة. لن يسري أي تغيير بين AdHoc و Wi-Fi إلا بعد إعادة التشغيل التالية. إذا تم إعداد AdHoc ، فيجب أن ترى شبكة PiBot تظهر عند تشغيل Pi Zero.

الخطوة 4: أضف Power LED

في حين أنه غير ضروري بالتأكيد ، قد يكون من المفيد الحصول على مصباح طاقة. لتفعيل هذا ، أدخل SSH في Pi Zero وقم بتشغيل الأمر:

سودو نانو / الخ / باش

وأضف السطر التالي إلى نهاية الملف:

python /home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

سنقوم لاحقًا بتغيير دبوس GPIO المرتبط بمصباح الطاقة LED.

الخطوة 5: إعداد واجهة ويب RPi Cam

من أجل الاستفادة من دفق فيديو Raspberry Pi Cameras ، سنستخدم واجهة RPi-Cam-Web-Interface. يمكن العثور على معلومات حول هذه الوحدة هنا ورمزها موجود على GitHub. لتثبيت الوحدة ، نحتاج أولاً إلى تحديث Pi الخاص بنا. قد يستغرق هذا ما يصل إلى 10 دقائق.

sudo apt-get update

sudo apt-get dist-Upgrade

نحتاج بعد ذلك إلى تثبيت git:

sudo apt-get install git

ويمكننا أخيرًا تثبيت الوحدة:

استنساخ بوابة

RPi_Cam_Web_Interface / install.sh

بعد تثبيت الوحدة ، ستظهر نافذة التكوين. إذا كنت ترغب في إضافة اسم مستخدم وكلمة مرور ، فتأكد من استخدام اسم المستخدم وكلمة المرور نفسهما لحساب pi الخاص بك. خلاف ذلك ، لن يتمكن تطبيق PiBot Remote من استقبال دفق الكاميرا.

الآن ، إذا انتقلت إلى متصفح على جهاز على نفس الشبكة مثل Pi وإذا كانت الكاميرا متصلة بـ pi ، فيمكنك استقبال البث بالانتقال إلى https://pibot.local/html/#. تسمح واجهة RPi بالتحكم السهل في الكاميرا ، ومن خلال النقر أو النقر فوق الفيديو ، يمكن أن تصبح الشاشة كاملة. سنستخدم هذا لاحقًا مع تطبيق PiBot البعيد.

لقد انتهينا الآن من إعداد Pi Zero ، إلى الأشياء الممتعة!

الخطوة 6: اطبع كل شيء

على الرغم من أنني استخدمت طابعة Dremel ثلاثية الأبعاد مع فتيل PLA ، فلا تتردد في استخدام طابعاتك وموادك الخاصة. جميع ملفات STL موجودة في المجلد الذي قمت بتنزيله من GitHub. تمكنت من طباعة كل شيء على أربع دفعات: اللوحة العلوية ، واللوحة السفلية ، وجميع الحوامل والمآخذ ، والحلقة. كن مبدعًا في اختيار الألوان واستفد بشكل كامل من قدرات الطابعات ثلاثية الأبعاد. لم تكن الطابعة الخاصة بي تحتوي على بثق مزدوج أو أي ميزات رائعة من هذا القبيل ، ولكن إذا تمكنت من الوصول إلى مثل هذه الطابعة ، فإنني أوصي بطباعة الزخارف أعلى اللوحة العلوية بلون متباين. ستحتاج على الأرجح إلى ملف وثقب لجعل بعض القطع مناسبة.

لا تتردد في طلاء اللوحة العلوية لإظهار رموز وديكورات LED.

ربما لاحظت وجود اثنين من الحوامل على طرفي اللوحة السفلية التي تشبه نظام تركيب GoPro. لا تتردد في استخدامها لإرفاق ما تريد بالجزء الأمامي أو الخلفي من الروبوت. في ملف الخلاط ، يمكنك العثور على أداة تثبيت علامة المسح الجاف التي استخدمتها ، بالإضافة إلى كائن قالب يمكنك تعديله للاحتفاظ بالكائن الخاص بك.

أيضًا ، لا تتردد في تحديد الاتجاه إلى الأمام ؛ لقد تبادلت ثلاث مرات على الأقل حتى الآن.

الخطوة 7: جندى على الرؤوس

على الرغم من أنني اخترت اللحام على رؤوس PiZero ، إلا أنه يمكنك لحام الأسلاك الخاصة بك مباشرة إلى pi. إذا اخترت لحام الرؤوس كما فعلت ، فإنني أوصي باستخدام واحد بزاوية قائمة مثل زاويتي. إنها تحافظ على الأسلاك مخفية أكثر وتجعل كل شيء يبدو أكثر إتقانًا.

الآن حان الوقت لحام سائق المحرك. تم تصميم اللوحة السفلية خصيصًا لمحرك Sparkfun هذا ، وتسمح بمساحة لرأس الدبوس لتلتصق بالجزء السفلي. يتيح ذلك سهولة تغيير دبابيس المحرك بحيث يمكنك التبديل إلى اليسار واليمين والأمام والخلف. على الرغم من أنني أقوم بتضمين الخطوة التالية الآن ، إلا أنني أوصي بشدة بالانتظار لبضع خطوات حتى تعرف بالضبط كم يجب أن تكون الأسلاك الخاصة بك. قم بقطع قسم مكون من 9 أسلاك من دبابيس العبور المتوافقة مع دبابيس الرأس التي قمت بلحامها للتو في باي. قم بلحام كل سلك بعناية بحيث يمكن لهذه المجموعة أن تستلقي بشكل مسطح وتلتف حول البطارية. قم بقياس طول السلك مسبقًا حتى لا ينتهي بك الأمر مع القليل جدًا أو الكثير.

أخيرًا ، حان الوقت لحام مصابيح LED. قم بلصقها في أماكنها الخاصة على اللوحة العلوية ، وقم بطي جميع المسامير الأرضية فوق بعضها البعض. قم بتوصيل سلك واحد بالأرض وسلك واحد لكل مؤشر LED. من اليسار إلى اليمين ، وظائف مصابيح LED هي: طاقة الروبوت ، واتصال التطبيق بالروبوت ، والروبوت يعيد تشغيل المسار المحفوظ ، ويتم تلقي التعليمات بواسطة الروبوت.

أيضًا أسلاك لحام لكل محرك بحيث يمكن توصيلها بالرؤوس القادمة من سائق المحرك.

الخطوة 8: قم بربط المحرك والمقبس

أولاً ، أدخل كل محرك في حامل المحرك. ثم أدخل كل برغي جزئيًا ، فقط حتى يصل الطرف إلى سطح الحامل أو المقبس. بعد ذلك ، بالنسبة لكل برغي ، أمسك صامولة على الجانب الآخر من اللوحة أثناء إحكام كل برغي. تذكر أن تضع المحمل بين المقبسين بينما تقوم بربط الثاني. ضع محرك المحرك في موضعه وقم بتوصيل المحركات. لا يهم المحرك الذي يتم توصيله بكل مخرج حيث يمكنك بسهولة تغيير ذلك بمجرد تشغيل الروبوت.

الخطوة 9: جهز الكاميرا و Servo

قم بتوصيل شريط محول Pi Zero بالكاميرا وقم بربط علبة الكاميرا معًا. ضع المؤازرة في موضعها. يمكنك حفر فتحات المسامير من أجل المؤازرة ، لكنها مريحة بدرجة كافية. قم بتوصيل الكاميرا بالمؤازرة بأي طريقة تجدها أفضل. حاليًا ، لدي فتحتان في الحامل ، مع وجود عنصر أساسي يمر عبر قرن المؤازرة وحالة الكاميرا. ومع ذلك ، فإن هذا يترك مساحة كبيرة للمناورة ، لذا قد ترغب في استخدام الغراء الفائق. قم بتوجيه الكاميرا في أي اتجاه تريده ، وقم بلف بوق المؤازرة في مكانه. ثبّت شريط الكاميرا من خلال فتحة التوت ، وقم بتوصيله في باي. أخيرًا ، قم بطي الشريط لإبقائه مسطحًا مقابل البطارية.

الخطوة 10: وضع كل شيء معًا

لقد حان الوقت أخيرًا لكي يصبح كل شيء قطعة واحدة. قم بتوصيل الأسلاك من مصابيح LED وسائق المحرك والمؤازرة في Pi بطريقة تستخدم فيها دبابيس صالحة فقط ، ولكن احتفظ بها بالقرب من مخرجها. ثم ضع الأسلاك من خلال فتحاتها وقم بربط باي في مكانها. تم تصميم هذا ليكون ملائمًا لإبقاء الأشياء نظيفة ، لذلك لا تستسلم عندما يبدو أنه لا توجد مساحة كافية لتلك المسامير الكبيرة.

برغي في كل مواجهة في اللوحة السفلية بحيث يكون كل منها آمنًا. أدخل البطارية وتأكد من أن كبل الطاقة يمكن أن يصلح عبر الفتحة وفي منفذ الطاقة في Pi Zero. قم بلف أسلاك محرك المحرك حوله وتناسب الحلقة الحلقية حول كل شيء. بمجرد الضغط على جميع الأسلاك في الفراغ بين البطارية واللوحة العلوية ، فإن التلال الصغيرة الموجودة على اللوحة السفلية في الحلقة والنقطتين الطويلتين على الحلقة في اللوحة العلوية. يمكنك الآن ربط اللوحة العلوية بإحكام وقمت ببناء الروبوت الخاص بك!

الخطوة 11: افتح مشروع Xcode

تنطبق الخطوات القليلة التالية فقط إذا كنت ستستخدم تطبيق PiBot Remote ، والذي يتطلب جهاز Mac وجهاز IOS.

نظرًا لأنني رخيص ولم أدفع لحساب Apple Developer ، يمكنني فقط مشاركة مشروع Xcode ، وليس التطبيق نفسه. يمكنك بعد ذلك فتح المشروع بنفسك وتغيير التوقيع وتشغيله على جهازك الخاص.

إذا لم يكن لديك Xcode بالفعل ، فقم بتنزيله من متجر التطبيقات على جهاز Mac الخاص بك. بمجرد تحميل Xcode ، اختر "فتح مشروع آخر" في الركن الأيمن السفلي ، وانتقل إلى مجلد "PiBot Remote" في تنزيل GitHub.

بمجرد فتح المشروع ، انقر فوق ملف الجذر في العرض أقصى اليسار المسمى "PiBot Remote".

قم بتغيير "معرّف الحزمة" إلى شيء فريد. يمكنك استبدال اسمي باسمك ، أو إضافة شيء ما في النهاية.

قم بتغيير الفريق إلى حسابك الشخصي. إذا لم يكن لديك حساب ، فحدد "إضافة حساب".

اضغط على command-B للبناء ، ونأمل أن يعمل كل شيء بشكل صحيح. بمجرد الانتهاء من بناء المشروع بنجاح ، قم بتوصيل جهازك بجهاز الكمبيوتر الخاص بك. انقر فوق الزر الموجود على يمين أزرار التشغيل والإيقاف في الزاوية العلوية اليسرى ، وحدد جهازك.

اضغط على command-R وسيتم تشغيل التطبيق على جهازك. قد يحتاج جهازك إلى التحقق من الهويات قبل تشغيله وسيحتاج إلى الوصول إلى الإنترنت في هذا الوقت فقط.

الخطوة 12: التعديلات النهائية

يمكنك ضبط أرقام الدبوس لكل شيء باستثناء مصباح الطاقة في تطبيق PiBot Remote. لتغيير دبوس مؤشر LED للطاقة ، SSH في PI ، وقم بتشغيل الأمر:

/home/pi/Desktop/PiBotRemoteFiles/startup.py

قم بتغيير مثيلين 36 إلى أي دبوس GPIO استخدمته. ثم اضغط على control-X ، y ، أدخل.

التطبيق والخادم كلاهما عرضة للأخطاء. استخدم وحدة التحكم في وضع التصحيح لمعرفة ما يجري. إذا كنت في شك ، فحاول إعادة تشغيل Pi و / أو إعادة تشغيل التطبيق. في بعض الأحيان ، بعد فشل الرمز ، يتعذر على التطبيق إعادة الاتصال لأن العنوان قيد الاستخدام بالفعل. في هذه الحالة ، ما عليك سوى تغيير المنفذ ويجب أن يتصل التطبيق.

أيضًا ، عند قيادة الروبوت باستخدام المسرع على جهازك ، يجب عليك استخدام بعض الإيماءات غير المريحة للمعايرة ، والإيقاف / البدء ، وضبط الكاميرا ، وإظهار / إخفاء شريط علامات التبويب

• المعايرة: انقر مع الاستمرار بإصبعين لمدة 0.5 ثانية (إذا كان جهازك يدعم ذلك ، فستشعر بردود فعل لمسية بمجرد معايرة الجهاز
• ضبط الكاميرا: الإيماءة الأكثر تعقيدًا ، قم بما تم وصفه مسبقًا للمعايرة ، ثم اسحب أصابعك لأعلى لتحريك الكاميرا لأعلى ، واسحب لأسفل لتحريك الكاميرا لأسفل. سيتم إجراء التعديل بمجرد رفع أصابعك.
• Stop / Start Toggle: عندما تذهب إلى عرض مقياس التسارع ، يتم ضبط الروبوت في البداية لتجاهل أوامر الحركة. لتبديل هذا الإعداد ، انقر نقرًا مزدوجًا بإصبعين.
• إظهار / إخفاء شريط علامات التبويب: لتمكين عرض ملء الشاشة أثناء القيادة على مقياس التسارع ، سيختفي شريط علامات التبويب تلقائيًا بعد بضع ثوانٍ. لإظهاره مرة أخرى ، اسحب لأعلى. لإخفائه ، اسحب لأسفل.

إذا شعرت بالإحباط بسبب المشاكل والمضايقات المرتبطة بتطبيقي ، فقط تذكر أنني لم أحصل على تعليم رسمي في البرمجة من أي نوع. لذلك أرحب بالنصائح والاقتراحات. لا تتردد في تفرع ملفات GitHub الخاصة بي.

إذا أجريت أي تعديلات على GitHub ، فقم بتطبيقها على الروبوت عن طريق تنزيل الملفات وإرسالها عبر SCP المتكرر إلى Pi في الموقع المناسب. إذا قمت باستنساخ مشروع Xcode ، فما عليك سوى سحب التغيير. بخلاف ذلك ، يمكنك تنزيل المشروع واتباع الخطوة 11 لفتح التطبيق على جهازك.

إذا كنت تفعل أي شيء مثير للاهتمام مع هذا البرنامج التعليمي ، فالرجاء إخباري في التعليقات ، فأنا مهتم بمعرفة كيف يمكن استخدامه كقالب لجميع أنواع المشاريع الرائعة.