SOLARBOI - un rover solaire 4G à la découverte du monde ! : 3 étapes (avec photos)

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

Depuis que je suis jeune, j'ai toujours aimé explorer. Au fil des ans, j'ai vu de nombreuses versions de voitures télécommandées contrôlées par WiFi, et elles avaient l'air assez amusantes. Mais je rêvais d'aller tellement plus loin - dans le monde réel, bien au-delà des limites de ma maison, de ma rue ou même de ma banlieue. J'avais envie de construire un robot qui pourrait aller bien au-delà. Pour ce faire, j'ai concocté un robot équipé d'une caméra, d'une connexion de données 4G et d'un système d'énergie solaire capable de permettre des missions de plusieurs jours, semaines, voire mois. Je diffuse maintenant régulièrement des missions en direct sur Twitch.tv, et SOLARBOI fait sa part en essayant d'aller plus loin dans la campagne australienne que n'importe quel robot auparavant ! L'objectif de SOLARBOI est de rester dans une ville de campagne australienne et de naviguer vers la campagne et vers d'autres destinations. Il ne peut recevoir aucune aide extérieure dans sa mission, sous peine d'échec. Il doit faire son chemin, kilomètre par kilomètre, au fil des jours et des semaines, en ne comptant que sur le soleil pour se recharger et le réseau 4G pour communiquer avec la base. Bien que les bases du projet semblent faciles, le réaliser est incroyablement difficile ! Ce guide sert à expliquer les bases du fonctionnement de SOLARBOI et à présenter des idées sur la meilleure façon de créer une plate-forme robotique qui peut survivre à l'extérieur pendant des semaines. Ce n'est pas un manuel exact étape par étape sur la façon de créer le vôtre; au lieu de cela, c'est un point de départ que vous pouvez utiliser pour explorer vos propres constructions et conceptions.

Étape 1: Étape 1: le matériel

Tout d'abord, vous aurez besoin d'un châssis pour votre robot. Alors que beaucoup expérimentent avec des modèles de rover imprimés en 3D, j'ai choisi d'utiliser un jouet chéri de mon enfance. Le Radio Shack RAMINATOR avait l'air cool, avec de gros pneus, quatre roues motrices et une suspension fonctionnelle prête à l'emploi. Bien qu'il soit optimisé pour la vitesse par rapport au couple, j'ai décidé que cela ferait bien la base de mon projet de rover. Après avoir arraché le matériel RC de qualité jouet, j'ai remplacé le moteur par un ESC brossé Hobbyking, tandis que j'ai supprimé la configuration de direction d'origine et l'ai remplacé par un servo robuste. Des batteries au lithium polymère ont été installées pour donner à SOLARBOI la puissance de conduire pendant des heures.

Avec la mécanique à l'écart, le commandement et le contrôle sont la prochaine considération majeure. Pour cela, j'ai opté pour un Raspberry Pi Zero. Conçu pour siroter une petite quantité d'énergie, il est compatible avec les périphériques USB et est parfait pour un projet connecté à Internet. En prime, il fonctionne bien avec le périphérique de caméra Raspberry Pi, clé pour nous donner une vue de l'environnement du robot lorsque nous sommes sur le terrain. J'ai choisi un objectif de caméra fish-eye pour SOLARBOI, nous donnant une belle vue large pour aider à naviguer dans le monde en général. Pour une connexion de retour à la base, nous nous appuyons sur un dongle 4G, qui nous donne la bande passante élevée dont nous avons besoin pour envoyer des commandes au robot et recevoir la vidéo en retour.

L'énergie solaire est la clé de la mission de SOLARBOI, d'où son nom. Un panneau solaire de 20 W est installé pour tirer le meilleur parti du soleil disponible, même les jours plus couverts qu'ensoleillés. Il est utilisé pour recharger les batteries pendant la journée, de sorte que SOLARBOI puisse ensuite conduire la nuit, à l'abri des regards indiscrets et des intrus malveillants. Évidemment, même avec le Pi Zero à faible puissance qui fait le show, on ne peut pas le laisser tout tourner le temps d'autre, nous viderions les batteries trop vite. Ainsi, le Pi doit être éteint la plupart du temps, mais allumé à intervalles réguliers pour signaler la position de SOLARBOI, et nous permettre de nous connecter et de conduire le robot quand nous le souhaitons. Pour y parvenir, un Arduino Pro Micro exécute un programme spécial qui active SOLARBOI pendant les 5 premières minutes de chaque heure. Si nous nous connectons au robot depuis Mission Control, il restera allumé, nous permettant d'exécuter la mission. S'il ne détecte pas de connexion, il rallume le Raspberry Pi pour économiser de l'énergie et tirer le meilleur parti de l'énergie solaire disponible. Le GPS est également utilisé afin de s'assurer que Mission Control est toujours au courant de la position de SOLARBOI. Conduire dans la campagne en pleine nuit, il peut être très difficile de s'orienter uniquement à l'aide de repères visuels. Ainsi, le GPS nous permet de maintenir un point sur l'emplacement du robot et d'atteindre nos objectifs au plus profond de l'Australie régionale.

Étape 2: Étape 2: le logiciel

Évidemment, c'est bien beau d'avoir un rover, mais il faut un logiciel pour le faire fonctionner. Le logiciel de SOLARBOI est en constante évolution, permettant de meilleures performances et améliorant la facilité d'utilisation au fil du temps.

Le rover utilise Raspbian, le système d'exploitation par défaut du Raspberry Pi Zero. Mission Control fonctionne sous Windows. Cela provoque des problèmes avec divers utilitaires Linux devant être spécialement installés à Mission Control. En fin de compte, cependant, cette configuration nous a permis de parcourir de nombreux kilomètres avec succès avec SOLARBOI et fait bien le travail. La vidéo est retransmise depuis le robot vers Mission Control via Gstreamer. Il est difficile à utiliser et pas bien documenté pour le débutant. Cependant, cela nous permet d'avoir un flux audio et vidéo à faible latence du robot qui est à peu près assez bon pour que nous puissions conduire sans trop de problèmes. Des abandons se produisent et il y a un certain décalage, mais lorsque vous construisez des robots pour explorer la campagne, les premiers au monde, vous tirez le meilleur parti de ce que vous avez ! Le streaming se fait en H264 natif depuis la caméra Raspberry Pi, pour éviter de mettre trop de charge sur le Pi Zero en transcodant à la volée. Le contrôle du robot se fait via un code Python personnalisé, avec une architecture serveur/client. En utilisant des bibliothèques telles que PiGPIO et Servoblaster, nous sommes facilement en mesure de contrôler le système d'entraînement du robot et d'autres fonctions en temps réel. L'installation est un jeu d'enfant, grâce à l'écosystème Raspberry Pi bien développé.

Nous utilisons une variété de bibliothèques en Python pour afficher la télémétrie à l'écran. Le plus important est MatPlotLib, qui trace nos graphiques de batterie dans Mission Control, ce qui nous permet de surveiller les performances de SOLARBOI pendant une mission en direct.

Étape 3: Étape 3: les choses que vous n'apprenez que sur le terrain

Aucun plan ne survit au premier contact avec l'ennemi, comme on dit. De cette manière, SOLARBOI a subi de nombreux essais dans ses tentatives de naviguer vers une cabine téléphonique à l'ancienne au fin fond de la Nouvelle-Galles du Sud rurale. Ce sont des leçons qui ne peuvent souvent être apprises que sur le terrain, et celles que nous avons apprises à la dure. La discrétion est une préoccupation majeure. Si le robot se démarque de son environnement, il peut facilement être trouvé par les passants en chargeant pendant la journée. En raison de la petite taille et du poids de la plate-forme, SOLARBOI pourrait facilement être volée ou détruite, manquant ainsi à sa mission. C'est un risque que nous prenons chaque fois que nous nous déployons dans la nature. Pour atténuer cela, SOLARBOI est peint dans une finition verte terne dans le but de se fondre dans l'ensemble. Trouver un espace sûr pour charger avec beaucoup de soleil mais une visibilité minimale est un défi permanent. Malgré les solides références tout-terrain de SOLARBOI, il n'est pas en mesure de surmonter tous les obstacles sur son chemin. Nous avons déjà eu des problèmes de coincement sur des rochers ou de collision avec de petits arbres. La plupart du temps, il s'agit d'une caméra avec un champ de vision médiocre, de faibles niveaux d'éclairage la nuit et une fatigue extrême de la part de l'opérateur. Nos mises à niveau vers de meilleurs phares et objectifs fisheye visent à éviter ce problème à l'avenir. Une progression lente et régulière, plutôt qu'une vitesse pure et simple, est également un bon mantra à suivre pour éviter de heurter des objets lorsque vous conduisez avec un retard vidéo de 500 ms. Le simple déploiement dans le pays pose ses propres problèmes. Cela signifie que le matériel de SOLARBOI doit être en parfait état, de peur qu'un voyage de plusieurs heures vers la zone de déploiement ne soit vain. Cela nous a coûté beaucoup d'essence et de temps dans les missions passées, et quelque chose que nous avons l'intention d'éviter avec des tests rigoureux à l'avenir. Néanmoins, c'est quelque chose à considérer lors du déploiement d'un robot loin. Enfin, de bonnes installations à Mission Control sont indispensables. Du café doit être disponible pour garder l'équipage alerte et alerte, ainsi que de l'eau pour maintenir une bonne hydratation. Une télémétrie claire et à jour est également utile pour diagnostiquer rapidement les problèmes, et un flux vidéo à faible latence sans interruption est le meilleur pour une conduite fluide dans la nature australienne. Cela permet également au conducteur de tirer le meilleur parti de la vitesse de SOLARBOI, si nécessaire, pour échapper aux voitures qui passent, à la faune ou à Shackleton le chat, que nous avons rencontré dans la mission 1. Dans l'ensemble, SOLARBOI a beaucoup plus à faire dans les futures missions et, idéalement, passera de nombreux mois sur le terrain à explorer de loin. Pour suivre le voyage de SOLARBOI, suivez-nous sur Twitch.tv et Youtube, et profitez des missions ci-dessous ! Comme toujours, il y aura plus d'aventures à venir au fur et à mesure que SOLARBOI se développe et voyage de plus en plus loin de chez soi !