Robot de téléprésence Snap Circuits : 9 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Les vacances en 2020 sont un peu différentes. Ma famille est dispersée dans tout le pays et en raison de la pandémie, nous ne pouvons pas nous réunir pour les vacances. Je voulais un moyen de faire en sorte que les grands-parents se sentent inclus dans notre célébration de Thanksgiving. Un robot de téléprésence comme le Double 3 serait parfait, sauf qu'il coûte 4 000 $. Je me demandais si je pouvais construire quelque chose de similaire pour beaucoup moins cher.

Le Snap Circuits® RC Snap Rover® est un rover télécommandé doté d'une électronique conçue pour le changement et l'expérimentation. C'est à peu près la bonne taille pour être la base d'un robot de téléprésence, et j'ai pensé que je pourrais probablement le câbler pour être contrôlé depuis le Web.

Si je pouvais monter une tablette sur le rover, j'aurais un robot de téléprésence qui permettrait aux grands-parents de participer à notre fête ! Ils pourraient se déplacer seuls dans la maison et interagir avec différentes personnes, au lieu d'être coincés au même endroit. La nouveauté pourrait également les garder - et mes enfants - plus intéressés qu'un appel vidéo normal.

J'ai fait fonctionner le robot la veille de Thanksgiving, et ce fut un énorme succès !

Avec de l'électronique standard et un peu de menuiserie légère, vous pouvez aussi construire un robot de téléprésence. Aucune soudure requise !

Fournitures:

Matériel

• Snap Circuits® RC Snap Rover®

  Remarque: le Snap Rover 'Deluxe' n'utilise pas les mêmes pièces et ne fonctionnera pas avec ce guide. Si vous possédez le Deluxe Snap Rover, vous devrez acheter un circuit intégré de commande de moteur séparé

• Connecteurs encliquetables
• Raspberry Pi Zero W ou autre appareil avec des GPIO programmables capables d'exécuter NodeJS
• Étui pour le Raspberry Pi (facultatif)
• Têtes de marteau GPIO (femelle)
• Carte MicroSD (4 Go ou plus)
• Batterie USB et câble Micro-USB pour alimenter le Pi
• iPad ou autre tablette/téléphone

• Divers bois:

  • Goujon en bois de 1" x 48", coupé à la hauteur désirée
  • 2x4, env. 10" de long
  • 2 pièces de moulure 1/4" x 1" x 8"
  • 2 morceaux de 1x1 ou ferraille similaire, env. 3" de long
• Petite boîte en carton pour servir de support iPad
• Sangle en nylon, env. 6'

Logiciel

• Sur le rover:

  • Raspberry Pi OS Lite
  • Node.js (testé avec la version non officielle 14.15.1 armv6 sur un Pi Zero W)
  • logiciel de contrôle à distance pi-rover

• Sur la tablette:

  Facetime, Zoom ou autre logiciel de visioconférence

• Sur votre ordinateur:

  Un client ssh (intégré à Mac + Linux; utilisez quelque chose comme PuTTY pour Windows)

Outils

• Perceuse avec un foret de 1"
• Pistolet à colle chaude
• Marteau
• Vu
• Ruban à mesurer / règle

Pour l'utilisateur (grands-parents, etc.)

Grand-père, ou quiconque utilise le rover, aura besoin des éléments suivants:

Un PC avec un logiciel de visioconférence (FaceTime, Zoom, etc) et un navigateur web

OU

Tablette/téléphone avec écran partagé et logiciel de visioconférence

OU

• 2 appareils:

  • Un téléphone, une tablette ou un autre appareil avec un logiciel de visioconférence, et
  • Un deuxième appareil avec navigateur Web qui peut être utilisé pour contrôler le navigateur pendant que le premier appareil est utilisé pour la vidéo

Étape 1: Sélection du matériel

Pour contrôler le rover à partir d'Internet, j'avais besoin d'un petit ordinateur capable à la fois de contrôler le rover et d'agir comme un serveur Web afin qu'un grand-parent puisse accéder au rover. Le Raspberry Pi Zero W est un ajustement parfait. Il est petit, dispose du Wi-Fi et dispose de suffisamment de puissance CPU pour exécuter un petit serveur Web. De plus, il ne coûte que 10 $, ce qui est moins cher que pratiquement toutes les autres options pour les amateurs. J'ai reçu mes accessoires Pi + des excellents gens d'Adafruit.

Étape 2: Préparation du Pi: En-têtes

La gamme de jouets éducatifs Snap Circuits est comme des briques LEGO® pour l'électronique. Ils vous permettent de câbler des circuits sans aucune soudure, et ils sont relativement à l'épreuve des enfants. Les cartes électroniques d'amateur (comme le Raspberry Pi) offrent un certain nombre de façons de câbler les choses, mais aucune d'entre elles n'est compatible avec les Snap Circuits.

Pour contourner ce problème, nous allons installer un en-tête dans le Pi, puis utiliser des cavaliers spéciaux "Snap to Pin" pour connecter le Pi au rover sans aucune soudure.

Installez les têtes de marteau femelles dans le Pi en utilisant les instructions d'installation (étiquetées "pour pHAT"). Il est important d'utiliser les en-têtes femelles; ceux-ci nous permettent de brancher les fils de liaison.

Étape 3: Préparation du Pi: Logiciel

Le Raspberry Pi charge son logiciel depuis une carte MicroSD. Nous allons installer un système d'exploitation, puis démarrer le Pi et installer quelques autres outils ainsi que le logiciel de contrôle du rover.

1. Utilisez le logiciel Raspberry Pi Imager sur votre PC pour télécharger et installer Raspberry Pi OS Lite (32 bits) sur la carte SD.
2. Utilisez ce didacticiel pour configurer le Pi en mode « sans tête », sans utiliser de clavier ni d'écran. Cela obtiendra le Pi sur Wi-Fi lors du premier démarrage.
3. Activez le protocole Secure Shell (ssh) sur le Pi en suivant les étapes 3+4 de ce didacticiel sur SSH. Vous pouvez ignorer la partie concernant la configuration du « transfert X ». Cela vous permettra de vous connecter au Pi une fois qu'il sera en ligne.
4. Déplacez la carte SD vers le Pi et démarrez le pi. J'ai utilisé une batterie USB pour fournir de l'énergie, mais pour cette étape, vous pouvez également utiliser un adaptateur secteur ou un câble Micro-USB pour l'alimenter à partir de votre PC.
5. Trouvez l'adresse IP du Pi. Vous devrez vous connecter au Pi, puis contrôler le rover.

6. Connectez-vous au Pi depuis votre PC. La section "Configurer votre client" du didacticiel SSH contient des instructions détaillées. Vous devriez maintenant être connecté au Pi:

   ssh pi@

7. Le logiciel de contrôle à distance utilise un outil appelé NodeJS. Pour installer NodeJS sur le Pi, exécutez les commandes suivantes via SSH:

   wget

   tar xf node-v14.15.1-linux-armv6l.tar.gz export PATH=/home/pi/node-v14.15.1-linux-armv6l/bin/:$PATH

8. Vous devriez maintenant avoir NodeJS installé sur le Pi. Pour le tester, lancez

   nœud -v Après quelques secondes, il devrait afficher la version de NodeJS, par exemple

   v14.15.1

9. Ensuite, nous allons installer le logiciel de contrôle du rover, appelé pi-rover. Cela prendra plusieurs minutes:

   sudo apt-get install git

   git clone https://github.com/smagoun/pi-rover.git cd pi-rover npm installer

10. Exécutez le logiciel serveur sur le Pi:

    index de nœud.js

    Si tout se passe bien, vous devriez pouvoir accéder au Pi via un navigateur Web sur votre PC en naviguant vers le port 8080 sur l'adresse IP du Pi. Par exemple, si l'adresse IP de votre Pi est 192.168.1.123, accédez à

11. Quittez le logiciel serveur avec Ctrl-C.

12. Pour exécuter le serveur à chaque démarrage du Pi, installez le fichier de service système:

    sudo cp pi-rover.service /etc/systemd/system/

    sudo systemctl activer pi-rover.service

13. Une fois le logiciel testé et fonctionnel, fermez-le pour que nous puissions installer le Pi dans le rover:

    sudo shutdown -h now

Remarque: si vous souhaitez donner accès à d'autres personnes en dehors de votre réseau domestique (comme grand-père, qui est chez lui ce jour de Thanksgiving), vous devrez configurer votre routeur pour envoyer le trafic de votre adresse IP publique vers le Pi. Utilisez un guide de redirection de port pour obtenir de l'aide pour ce faire.

Étape 4: câbler le Rover

Le Snap Rover est livré avec des instructions pour câbler la télécommande fournie avec le kit rover. Nous allons les adapter pour remplacer le composant récepteur radio par le Pi.

Le manuel du rover comprend un certain nombre de circuits. Commencez par #1 (le "Night Rover") et déchirez tout à gauche de la colonne 6. Cela laisse en place le CI de contrôle du moteur, les (4) résistances de 1kΩ sur les entrées du CI de contrôle du moteur, l'interrupteur à glissière, et les fils allant au rover.

Étape 5: câbler le Pi au Rover

Si vous avez un boîtier pour le Pi mais que vous ne l'avez pas encore installé, faites-le maintenant.

Le connecteur à 40 broches du Pi expose de nombreuses fonctionnalités. Nous utiliserons plusieurs des broches d'E/S à usage général (GPIO) pour connecter le Pi au rover. Il est important de le câbler exactement comme indiqué ici; le câblage incorrect risque d'endommager le Pi ou le rover.

1. Les broches du Pi sont numérotées de 1 à 40. Cela vaut la peine de revoir le brochage pour comprendre comment ils sont disposés.

2. Utilisez les connecteurs Snap-to-Pin pour connecter les 4 GPIO suivants aux résistances sur les entrées du circuit intégré de commande du moteur:

   1. Pin 11 (GPIO 17) à la résistance sur LF
   2. Pin 12 (GPIO 18) à la résistance sur LB
   3. Pin 13 (GPIO 27) à la résistance sur RF
   4. Pin 15 (GPIO 22) à la résistance sur RB
   5. Utilisez un autre connecteur Snap-to-Pin pour connecter une broche de masse (broche 14) du Pi à la masse (-) du rover. Bien que nous ayons 2 alimentations séparées (le rover utilise 9V et le Pi utilise 5V de la batterie USB), les deux côtés sont connectés électriquement et nous avons besoin d'une masse commune pour que le circuit fonctionne.

Étape 6: Construisez le support de tablette

Le montage de la tablette nécessite de concilier plusieurs besoins concurrents:

• La tablette doit être suffisamment haute dans l'air pour qu'elle puisse interagir avec les enfants et les adultes debout.
• Le rover doit être suffisamment stable pour éviter de basculer lors de la conduite.
• La tablette doit être montée aussi près que possible du centre du rover pour assurer la stabilité et une expérience de conduite fluide.
• La partie supérieure du rover n'est pas conçue pour avoir autre chose que des Snap Circuits, et il n'y a pas un excellent moyen de placer une charge dessus sans risquer d'endommager les composants.

Partie 1: Construire des ponts

Le haut du rover est une grille en plastique avec des bosses conçues pour sécuriser les composants électroniques. Placer une charge directement sur le réseau ne serait pas stable et pourrait endommager le réseau. J'ai choisi de construire une sorte de pont sur la base avec des supports placés entre les bosses de la grille et une cheville montée au sommet du pont. J'ai utilisé une sangle en nylon pour fixer l'ensemble pont + cheville au corps du rover.

1. Coupez un 2x4 à environ 10" de long; il devrait être plus long que le rover est large, pour nous permettre de l'attacher en toute sécurité au rover.
2. Coupez une paire de morceaux de 8" dans les bandes de moulure de 1/4". Ceux-ci aideront à stabiliser le support de la tablette et l'empêcheront de basculer vers l'avant et vers l'arrière.
3. Collez les moulures sur le 2x4. Les bandes doivent être espacées de manière à s'insérer dans les rainures de la grille, entre les bosses (à environ 5" l'une de l'autre). Les bandes doivent être montées de manière à ce que le bas du 2x4 se trouve au-dessus de l'électronique.
4. Coupez une paire de morceaux de 3" dans le 1x1 et collez-les aux coins où les bandes de moulage rencontrent le 2x4. Le but ici est d'empêcher les bandes de moulage de se détacher du 2x4 sous une pression latérale.
5. Utilisez le foret de 1" pour percer un trou pour le goujon dans le haut du 2x4. Le trou n'a pas besoin de traverser le 2x4; laissez environ 1/8" de bois intact au fond du trou pour soutenir la cheville. Le trou doit être décalé vers un bord du 2x4, pour laisser de la place pour la sangle en nylon de l'autre côté. Collez le goujon dans le trou, en vous assurant qu'il est vertical.

Remarque: un goujon plus petit pourrait fonctionner. J'ai choisi 1 de diamètre pour m'assurer qu'il était assez rigide pour amortir les oscillations. Vous ne voulez pas rendre grand-père malade en voiture pendant qu'il conduit !

Partie 2: Support de tablette

J'avais besoin d'un moyen léger mais robuste pour attacher la tablette au sommet de la cheville. La tablette elle-même doit être tenue aussi près que possible du goujon afin que son poids n'agisse pas comme un levier essayant de faire basculer le rover. Après avoir brièvement envisagé de construire une boîte à partir d'un bois léger comme le tilleul, j'ai opté pour l'approche sans effort consistant à découper une boîte en carton de taille appropriée. J'ai trouvé une boîte d'environ 10 "x 12" x 1". Coupez une extrémité pour que la tablette puisse y glisser et découpez une ouverture rectangulaire sur un côté pour que l'écran de la tablette soit visible. Utilisez de la colle chaude pour fixer le support de tablette jusqu'au sommet de la cheville.

Étape 7: Attachez-vous

Nous devons attacher le support de tablette au rover. Le rover n'est pas conçu pour cela et il n'y a pas d'options de montage pratiques. J'ai choisi de sécuriser le support à l'aide d'une longue sangle en nylon enroulée autour des deux axes (pas des essieux !) Du rover. Cela empêche le support de s'incliner vers l'avant, vers l'arrière ou d'un côté ou de l'autre. Assurez-vous que la sangle n'exerce de pression sur aucun des composants électriques et assurez-vous qu'elle est bien serrée et fixée de manière à ce qu'elle ne puisse pas se détacher.

Étape 8: commencez à vous déplacer

Une fois le support de tablette fixé au rover, mettez le Raspberry Pi et le rover sous tension. Une fois le Pi en ligne, connectez-vous à l'interface Web (par exemple, https://192.168.1.123) et à « Demander le contrôle ». Vous devriez maintenant pouvoir vous déplacer ! Une seule personne à la fois peut conduire le rover, alors assurez-vous d'abandonner le contrôle du rover avant de demander à quelqu'un d'autre d'essayer.

Instructions pour les grands-parents

Une fois le rover en ligne, appelez grand-père (ou grand-mère !) sur FaceTime. Une fois qu'ils ont décroché, demandez-leur d'ouvrir un navigateur Web et d'accéder à votre adresse IP publique. Selon le téléphone/tablette/ordinateur qu'ils utilisent, ils devront peut-être passer en mode « écran partagé » ou utiliser un deuxième appareil.

Une fois qu'ils ont chargé la page Web, ils devraient voir l'interface de contrôle du rover. Demandez-leur de demander le contrôle. Désormais, ils peuvent interagir avec le reste de la famille comme s'ils y étaient !

Étape 9: Améliorations futures

Cette conception n'est pas parfaite. Quelques améliorations possibles:

• Stabilisateurs pour le rover afin qu'il ne se renverse pas aussi tôt lorsqu'il est heurté par un enfant, un animal domestique, etc.
• Un moyen d'empêcher le rover de heurter des objets (le conducteur ne peut pas baisser les yeux !)
• Plus de finesse dans les commandes du logiciel pi-rover. À l'heure actuelle, ils sont codés en dur sur quelque chose qui a assez bien fonctionné pour nous.
• Intégrez l'outil de visioconférence dans la page Web pour que grand-mère n'ait pas besoin de 2 appareils pour utiliser le rover