Arduino ja Raspberry Pi toitega lemmikloomade jälgimissüsteem: 19 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Hiljuti puhkusel olles mõistsime, et puudub ühendus oma lemmiklooma Beagle'iga. Pärast mõningaid uuringuid leidsime tooted, millel oli staatiline kaamera, mis võimaldas lemmiklooma jälgida ja temaga suhelda. Nendel süsteemidel oli teatud eeliseid, kuid neil puudus mitmekülgsus. Näiteks oli igas toas vaja seadet, mis jälgiks teie lemmiklooma üle maja.

Seetõttu töötasime välja roboti, mis suudab maja ümber manööverdada ja suudab oma lemmiklooma asjade interneti abil jälgida. Nutitelefonirakendus on loodud teie lemmikloomaga suhtlemiseks otsevideo kaudu. Roboti šassii on digitaalselt valmistatud, kuna mitmed osad loodi 3D -printimise ja laserlõikamise abil. Lõpuks otsustasime lisada lisafunktsiooni, mis jagab teie lemmiklooma premeerimiseks maiustusi.

Jätkake oma lemmikloomade jälgimissüsteemi loomisega ja võib -olla isegi kohandage seda vastavalt oma vajadustele. Vaadake ülaltoodud videot, et näha, kuidas meie lemmikloom reageeris, ja saada robotist paremini aru. Kui projekt teile meeldis, jätke hääletus "Robootikavõistlusel".

Samm: disaini ülevaade

Lemmikloomade jälgimisroboti kontseptsiooni loomiseks kujundasime selle esmalt fusion 360 -le. Siin on mõned selle funktsioonid:

Roboti saab juhtida Interneti kaudu äpi kaudu. See võimaldab kasutajal robotiga ühenduse luua kõikjalt

Sisseehitatud kaamera, mis voogesitab nutitelefoni videovoogu, aitab kasutajal kodus ringi manööverdada ja lemmikloomaga suhelda

Täiendav maiuskauss, millega saab lemmiklooma eemalt premeerida

Digitaalselt valmistatud osad, mis võimaldavad robotit kohandada

Interneti -ühenduse loomiseks kasutati Raspberry Pi, kuna sellel on sisseehitatud WiFi -režiim

Sammumootoritele käskluste andmiseks kasutati Arduino koos CNC kilbiga

Samm: vajalikud materjalid

Siin on nimekiri kõikidest komponentidest, mis on vajalikud teie enda Arduino ja Raspberry Pi jõul töötava lemmiklooma jälgimisroboti valmistamiseks. Kõik osad peaksid olema üldkasutatavad ja kergesti leitavad.

ELEKTROONIKA:

• Arduino Uno x 1
• Vaarika Pi (vilksati uusima raspbianiga) x 1
• CNC kilp x 1
• A4988 samm -mootori juht x 2
• Picamera x 1
• Ultraheli kaugusandur x 1
• 11,1 v Lipo aku x 1
• NEMA 17 samm -mootor x 2
• 5 V UBEC x 1

RIISTVARA:

• Rattad x 2 (kasutatud rattad olid 7 cm läbimõõduga)
• Rattarattad x 2
• M4 ja M3 mutrid ja poldid

Selle projekti kogumaksumus, välja arvatud Arduino ja Raspberry Pi, on umbes 50 dollarit.

3. samm: digitaalselt valmistatud osad

Mõned selles projektis kasutatud osad pidid olema eritellimusel valmistatud. Need modelleeriti esmalt Fusion 360 -s ja seejärel tehti 3D -printeri ja laserlõikuri abil. 3D -prinditud osad ei kanna palju koormust, nii et standardne PLA koos 20% täidisega töötab suurepäraselt. Allpool on loetelu kõigist 3D-prinditud ja laserlõigatud osadest:

3D trükitud osad:

• Stepper hoidik x 2
• Nägemissüsteemi kinnitus x 1
• Elektroonika seiskamine x 4
• Vertikaalne vahekaugus x 4
• Šassii tugevdus x 2
• Kausi kaane töötlemine x 1
• Kausi töötlemine x 1
• Tagumine samm -kinnitus x 1
• Mähise ketas x 1

Lasercuti osad:

• Alumine paneel x 1
• Ülemine paneel x 1

Allpool on pakitud kaust, mis sisaldab kõiki STL -e ja laserlõikamisfaile.

Samm: samm -mootori kinnitamine

Kui kõik osad on 3D -trükitud, alustage kokkupanekut, paigaldades samm -mootori samm -hoidikusse. Meie kavandatud samm -mootorihoidik on mõeldud mudelile NEMA 17 (kui kasutatakse erinevaid astmeid, vajab see erinevat kinnitust). Viige mootori võll läbi augu ja kinnitage mootor kinnituskruvidega oma kohale. Kui see on tehtud, tuleb mõlemad mootorid hoidjate küljes kindlalt kinni hoida.

Samm: sammude paigaldamine alumisele paneelile

Hoidjate kinnitamiseks laserlõigatud alumisele paneelile kasutasime M4 polte. Enne nende kinnitamist mutritega lisage 3D trükitud šassii tugevdusribad ja kinnitage seejärel mutrid. Ribasid kasutatakse koormuse ühtlaseks jaotamiseks akrüülpaneelil.

Lõpuks viige juhtmed läbi paneelil olevate vastavate pilude. Tõmmake need kindlasti lõpuni, et vältida rataste takerdumist.

6. samm: rataste paigaldamine

Akrüülpaneelil on rattadesse sobitamiseks välja lõigatud kaks sektsiooni. Meie kasutatavad rattad olid 7 cm läbimõõduga ja kaasas kruvidega, mis kinnitati 5 mm sammuvõllidele. Veenduge, et ratas on korralikult kinnitatud ega libise võllile.

Samm: esi- ja tagarattarattad

Selleks, et šassii saaks sujuvalt liikuda, otsustasime paigutada ratta esi- ja tagaküljele. See mitte ainult ei takista robotil ümberminekut, vaid võimaldab ka šassiil vabalt igas suunas liikuda. Rattad on igas suuruses, eriti meie omadel oli üks pööratav kruvi, mille me alusele kinnitasime ja kasutasime 3D trükitud vahekaugusi kõrguse reguleerimiseks nii, et robot oleks ideaalselt horisontaalne. Sellega on šassii alus täielik ja hea stabiilsusega.

8. samm: elektroonika

Kui šassii alus on täielikult kokku pandud, on aeg paigaldada elektroonika akrüülpaneelile. Oleme teinud akrüülpaneelile augud, mis joonduvad Arduino ja Raspberry Pi kinnitusavadega. Kasutades 3D -prinditud tõkkeid, tõstsime elektroonika veidi akrüülpaneelidest kõrgemale, nii et kogu üleliigne juhtmestik saaks korralikult alla peidetud. Paigaldage Arduino ja Raspberry Pi vastavatesse kinnituskohtadesse, kasutades M3 mutreid ja polte. Kui Arduino on fikseeritud, kinnitage CNC kilp Arduino külge ja ühendage astmelised juhtmed järgmises konfiguratsioonis.

• Vasak samm CNC kilbi X-telje porti
• Parem samm CNC-kilbi Y-telje pordi külge

Kui samm -mootorid on ühendatud, ühendage Arduino Arduino USB -kaabli abil Raspberry Pi -ga. Lõpuks hakkavad Raspberry Pi ja Arduino selle kaabli kaudu suhtlema.

Märkus: Roboti esikülg on Raspberry Pi külg

9. samm: nägemissüsteem

Meie lemmikloomade jälgimisroboti esmane keskkonna sisend on nägemine. Otsustasime kasutada Raspberry Pi -ga ühilduvat Picamera, et edastada kasutajale Interneti kaudu otseülekannet. Kasutasime ka ultraheli kaugusandurit, et vältida takistusi, kui robot töötab autonoomselt. Mõlemad andurid kinnitatakse kruvide abil hoidiku külge.

Picamera ühendatakse Raspberry Pi määratud porti ja ühendatakse ultraheliandur järgmiselt.

• Ultraheli andur VCC kuni 5v rööpa CNC kilbil
• Ultraheli andur GND kuni GND rööp CNC kilbil
• Ultraheli andur TRIG kuni X+ lõpp -tihvt CNC kilbil
• Ultraheli andur ECHO kuni Y+ lõpp -tihvt CNC kilbil

Samm: ülemise paneeli kokkupanek

Roboti tagaküljele on paigaldatud maiusnõu kaane avamissüsteem. Kinnitage mini -samm -mootor tagumise hoidiku komponendi külge ja paigaldage ülemisele paneelile nii nägemissüsteem kui ka mähisüsteem M3 poltidega. Nagu juba mainitud, paigaldage nägemisseade ette ja mähis tagant kahe kaasasoleva avaga.

11. samm: ülemise paneeli kokkupanek

Me trükkisime vertikaalseid vahekaugusi, et toetada ülemist paneeli õigel kõrgusel. Alustuseks kinnitage neli vahetükki alumise paneeli külge, et moodustada "X". Seejärel asetage ülemine paneel koos ravikausiga, veendudes, et nende augud on joondatud, ja kinnitage see lõpuks ka vahetükkide külge.

12. samm: kaane avamise mehhanism

Ravikausi kaane juhtimiseks kasutasime väiksemat samm -mootorit, et kerida kaane külge kinnitatud nailonnöör, tõmmates selle lahti. Enne kaane kinnitamist laske nöör läbi kaane 2 mm augu ja tehke selle siseküljele sõlm. Seejärel lõigake nööri teine ots ja libistage see läbi mähiseplaadil olevate aukude. Lükake ketas sammul ja seejärel tõmmake nööri, kuni see on pingul. Kui olete valmis, lõigake ülejääk ja sõlmige sõlm. Lõpuks kinnitage poldi ja mutri abil kaas kausi külge ja veenduge, et see pöörleb. Nüüd, kui samm liigub, peaks nöör kettale kerima ja kaas peaks järk -järgult avanema.

13. samm: pilveandmebaasi seadistamine

Esimene samm on luua süsteemile andmebaas, et saaksite oma mobiilirakendusega robotiga suhelda kõikjal maailmas. Klõpsake järgmisel lingil (Google firebase), mis viib teid Firebase'i veebisaidile (peate sisse logima oma Google'i kontoga). Klõpsake nuppu „Alusta“, mis viib teid Firebase'i konsooli. Seejärel looge uus projekt, klõpsates nuppu "Lisa projekt", täitke nõuded (nimi, andmed jne) ja lõpetage nupu "Loo projekt" klõpsamine.

Vajame lihtsalt Firebase'i andmebaasitööriistu, seega valige vasakpoolsest menüüst "andmebaas". Järgmisena klõpsake nuppu "Loo andmebaas", valige suvand "testimisrežiim". Järgmisena määrake andmebaas pilve tuletoite asemel reaalajas andmebaasiks, klõpsates ülaosas rippmenüül. Valige vahekaart "reeglid" ja muutke kaks "vale" väärtuseks "tõene", lõpuks klõpsake vahekaarti "andmed" ja kopeerige andmebaasi URL, seda nõutakse hiljem.

Viimane asi, mida peate tegema, on klõpsata projektiülevaate kõrval oleval hammasrattaikoonil, seejärel valikul „projekti seaded”, seejärel vahekaart „teenusekontod”, lõpuks „Andmebaasi saladused” ja märkida üles turvalisus oma andmebaasi kood. Selle sammu lõpuleviimisel olete edukalt loonud oma pilveandmebaasi, millele pääseb juurde oma nutitelefonist ja Raspberry Pi -st. (Kasutage kahtluste korral ülaltoodud pilte või lisage küsimus kommentaaride sektsiooni)

14. samm: mobiilirakenduse loomine

IoT -süsteemi järgmine osa on nutitelefoni rakendus. Otsustasime kasutada oma kohandatud rakenduse loomiseks rakendust MIT App Inventor. Meie loodud rakenduse kasutamiseks avage järgmine link (MIT App Inventor), mis viib teid nende veebisaidile. Järgmisena klõpsake ekraani ülaosas nuppu „Loo rakendused”, seejärel logige sisse oma Google'i kontoga.

Laadige alla lingitud.aia fail. Avage vahekaart "projektid" ja klõpsake "Impordi projekt (.aia) minu arvutist", seejärel valige äsja alla laaditud fail ja klõpsake "OK". Kerige komponentide aknas lõpuni alla, kuni näete teksti "FirebaseDB1", klõpsake seda ja muutke "FirebaseToken", "FirebaseURL" väärtusteks, mille olete eelmises etapis märkinud. Kui need toimingud on lõpule viidud, olete valmis rakenduse alla laadima ja installima. Rakenduse saate alla laadida otse oma telefoni, klõpsates vahekaardil „Ehita” ja klõpsates valikul „Rakendus (esitage.apk jaoks QR -kood)”, seejärel skannides nutitelefoniga QR -koodi või klõpsates valikul „Rakendus (salvesta.apk minu arvutisse”).) "laadite oma arvutisse alla apk -faili, mille saate seejärel nutitelefoni üle viia.

Samm: Raspberry Pi programmeerimine

Raspberry Pi kasutatakse kahel peamisel põhjusel.

1. See edastab otsevideo voo robotist veebiserverisse. Seda voogu saab kasutaja vaadata mobiilirakendust kasutades.
2. See loeb Firebase'i andmebaasi värskendatud käske ja käsib Arduino'l nõutud ülesandeid täita.

Raspberry Pi otseülekandeks seadistamiseks on üksikasjalik õpetus juba olemas ja selle leiate siit. Juhised taanduvad kolmele lihtsale käsule. Lülitage Raspberry Pi sisse ja avage terminal ning sisestage järgmised käsud.

• git kloon
• cd RPi_Cam_Web_Interface
• ./install.sh

Kui installimine on lõpule viidud, taaskäivitage Pi ja teil peaks olema juurdepääs voole, otsides mis tahes veebibrauseris https:// teie Pi IP -aadressi.

Kui reaalajas voogesitus on seadistatud, peate pilveandmebaasi kasutamiseks alla laadima ja installima teatud teegid. Avage oma Pi terminal ja sisestage järgmised käsud:

• sudo pip installipäringud == 1.1.0
• sudo pip install python-firebase

Lõpuks laadige alla lisatud pythoni fail ja salvestage see oma Raspberry Pi -sse. Muutke koodi neljandal real COM -port pordiks, millega Arduino on ühendatud. Seejärel muutke 8. rea URL -i Firebase'i URL -iks, mille olete varem märkinud. Lõpuks käivitage programm terminali kaudu. See programm tõmbab käsud pilve andmebaasist ja edastab selle jadaühenduse kaudu Arduinole.

16. samm: Arduino programmeerimine

Arduino abil tõlgendatakse Pi käsklusi ja ta juhendab robotil olevaid ajameid vajalikke ülesandeid täitma. Laadige alla lisatud Arduino kood ja laadige see Arduinole üles. Kui Arduino on programmeeritud, ühendage see spetsiaalse USB -kaabli abil mõne Pi USB -pordiga.

Samm 17: Süsteemi sisselülitamine

Robot lülitatakse välja kolmeelemendilisest lipopatareist. Aku klemmid tuleb jagada kaheks, kus üks läheb mootorite toiteks otse CNC kilbile, teine aga ühendatakse 5 V UBEC -iga, mis lõi stabiilse 5 V elektriliini, mida kasutatakse Raspberry Pi toiteks GPIO tihvtid. 5 V UBEC -st on ühendatud Raspberry Pi 5 V kontaktiga ja GND UBEC -st on ühendatud Pi GND tihvtiga.

Samm: rakenduse kasutamine

Rakenduse liides võimaldab juhtida jälgimisrobotit ja voogesitada otsekaadrit pardakaamerast. Robotiga ühenduse loomiseks veenduge, et teil oleks stabiilne Interneti -ühendus, ja sisestage lihtsalt Raspberry Pi IP -aadress ettenähtud tekstikasti ning klõpsake värskendamisnuppu. Kui see on tehtud, ilmub teie ekraanile reaalajas voog ja peaksite saama juhtida roboti erinevaid funktsioone.

19. samm: testimiseks valmis

Nüüd, kui teie lemmiklooma jälgimisrobot on täielikult kokku pandud, saab kausi täita mõne koera maiusega. Avage rakendus, ühendage kaamera ja nautige! Oleme praegu roveri ja Beagle'iga ringi mänginud ning jäädvustanud päris lõbusaid hetki.

Kui koer oli algsest hirmust selle liikuva objekti ees jagu saanud, jälitas ta majas ringi botti. Pardakaamera pakub ümbrusele head lainurgavaadet, mis teeb manööverdamise üsna lihtsaks.

Reaalses maailmas paremaks toimimiseks on arenguruumi. Sellegipoolest oleme loonud tugeva süsteemi, mida saab edasi arendada ja laiendada. Kui teile see projekt meeldis, jätke meie poolt "Robootikavõistlusel" hääl

Head tegemist!

Teine auhind robootikavõistlusel