Pocket Spy-Robot : 5 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Vous vous ennuyez pendant le confinement ? Envie d'explorer le royaume des ténèbres sous le canapé du salon ? Alors le robot espion de poche est fait pour vous ! Avec une hauteur de seulement 25 mm, ce petit robot est capable de s'aventurer dans des endroits bien trop petits pour que les gens puissent y aller, et renvoie tout ce qu'il voit grâce à une application téléphonique pratique !

Conditions:

Expérience de niveau intermédiaire en électronique

Connaissances de base de python et du raspberry pi

Une grande quantité de temps

Fournitures

Les pièces:

• Raspberry pi Zero W (pas WH car nous n'utiliserons pas les en-têtes fournis)
• Caméra Raspberry Pi
• Carte SD pour le Pi (8 Go ou plus est le meilleur)
• 2x 18650 batteries et support (Comme un circuit de charge n'est pas intégré, un chargeur a tendance à aider aussi !)
• 2x micro-réducteurs 300RPM 6V
• Contrôleur de moteur L293D
• LM7805 Régulateur de tension
• Condensateur 22μF
• Condensateur 10μF
• Broches et douilles d'en-tête SIL de 2,54 mm (2 sections de 8 longueurs chacune)
• Goupilles d'en-tête coudées à 90 degrés de 2,54 mm
• 10x boulons à tête fraisée M3 x 8mm
• 4x boulons à tête fraisée M3 x 12mm
• 14x écrous nylock M3
• Kit connectique Dupont (on peut s'en passer mais ça facilite grandement la vie)
• Tige en aluminium ou en acier de 5 mm x 80 mm
• Fils assortis
• Carte à souder

Outils:

• Fer à souder et soudure
• Ensemble de fichiers
• Tournevis assortis
• Couteau artisanal d'une certaine sorte
• Super colle
• Pinces coupantes
• Pince à dénuder
• Perceuse électrique et jeu de forets (3 mm et 5 mm seront utilisés pour nettoyer les trous dans l'impression)
• Imprimante 3D (bien que l'on puisse faire imprimer les pièces et vous les expédier par l'un de ces nombreux services)
• Mini scie à métaux
• Multimètre
• Ruban électrique

Étape 1: Construire le châssis

J'ai réalisé assez tôt que même si le ruban adhésif est incroyable, il ne devrait probablement pas être utilisé pour fabriquer un châssis robuste, donc l'impression 3D était le prochain choix évident (à un moment donné, je vais retirer celui-ci, dès que Je le ferai, je le téléchargerai.) Les pièces sont conçues pour être collées avec les sections imbriquées vues sur les photos ci-dessus, car j'utilise une imprimante Elegoo Mars, qui produit de belles impressions mais a malheureusement une plaque de construction plutôt petite. C'est là que les fichiers et la superglue entrent en jeu, les bords étiquetés ci-dessus devront être limés jusqu'à ce qu'ils s'emboîtent parfaitement dans les fentes de la pièce suivante, j'ai trouvé que comme les imprimantes 3D ne sont pas parfaites, c'est le meilleur moyen d'obtenir un ajustement parfait. Alors une fois le limage terminé, collez les pièces ensemble ! (Simplement pas vos doigts, comme je l'ai appris une fois de trop) Lorsque vous collez les pièces ensemble, je recommande de les poser sur une surface plane pour vous assurer qu'elles sont bien droites. (Les peser peut aider avec cela)

Quelques trous devront être percés avec une mèche de 5 mm (étiquetée dans la 5ème image), cela doit être fait avec une extrême prudence, ou avec l'utilisation d'une lime circulaire pour minimiser le risque de casser la pièce. Pour faciliter l'assemblage par la suite, tous les trous de 3 mm dans le châssis doivent être percés avec une mèche de 3 mm pour garantir que les boulons s'emboîtent bien. De plus, sur la base du châssis se trouve une série de découpes hexagonales dans lesquelles les nylocks peuvent s'insérer, il vaut la peine d'utiliser une petite lime pour les élargir si les écrous ne s'insèrent pas facilement. J'ai trouvé qu'il était bien mieux de concevoir à la taille exacte, puis de retirer le matériau si nécessaire, car cela permet d'obtenir le meilleur ajustement.

Pièces à imprimer:

• Châssis1.stl
• Châssis2.stl
• Châssis3.stl
• Châssis4.stl
• 2x motor_housing.stl
• 2x Roue1.stl
• 2x Roue2.stl
• top.stl

Étape 2: le circuit

Comme tout l'intérêt du projet est d'être compact, le circuit pour alimenter le pi lui-même et les moteurs est intégré dans une seule carte qui se trouve au sommet du pi semblable à un HAT, se connectant par enfichage dans des en-têtes soudés sur le GPIO. Comme les moteurs sont assez petits et ne nécessitent pas beaucoup de courant, j'ai utilisé un contrôleur de moteur à double pont en H L293D pour les alimenter car le GPIO du Pi peut être endommagé s'il est utilisé pour entraîner des moteurs (Back EMF et autres ainsi que surintensité). Le double pont en H utilise un ensemble de transistors NPN et PNP de sorte que si les transistors Q1 et Q4 sont alimentés et permettent ainsi le passage du courant, le moteur tournera vers l'avant. Si Q2 et Q3 sont alimentés, le courant circule dans le moteur dans le sens opposé et le fait tourner vers l'arrière. Cela signifie que le moteur peut tourner dans les deux sens sans utiliser de relais ou d'autres composants et nous permet d'alimenter le moteur séparément au pi plutôt que de le retirer.

Le LM7805 alimente le pi via la broche GPIO 5v mais ne doit pas être utilisé pour alimenter le L293D car le pi peut nécessiter la quasi-totalité de la sortie 1A du 7805, il est donc préférable de ne pas risquer de le faire fondre.

Sécurité:

Si le circuit est mal construit et que plus de 5v est fourni au pi, ou s'il est passé à travers une broche différente, le pi sera irrémédiablement endommagé. Plus important encore, le circuit doit être soigneusement vérifié et testé pour les courts-circuits, en particulier sur les entrées de la batterie, car les LiPo ont tendance à causer des problèmes, * Toux *, explosions en cas de court-circuit, vous devriez probablement éviter cela. J'ai trouvé que la meilleure façon de tester cela était de tester le circuit en connectant un bloc de 4 piles AA à l'entrée et en mesurant la tension de sortie avec un multimètre. Quoi qu'il en soit, les trucs de sécurité sont terminés, faisons de la soudure !

La carte doit être construite selon le schéma de circuit ci-dessus et dans une configuration similaire à mon circuit car cette disposition s'adapte parfaitement au pi et n'a pas encore fait exploser les LiPos (les doigts croisés). Il est important que l'ordre ci-dessous soit suivi car les fils seront acheminés à proximité ou sur d'autres fils et broches, cet ordre signifie que ces fils sont faits en dernier pour éviter les courts-circuits. Lors de la soudure sur les broches de l'embase, il est important de les insérer dans une section de rechange de l'embase pour s'assurer qu'elles ne bougent pas lorsqu'elles sont chauffées.

Pas:

1. Coupez la planche à la bonne taille et limez le bord coupé en douceur (la mienne utilise 11 rangées sur 20 rangées et a utilement des lettres et des chiffres pour les coder) Je vais donner les positions des broches sur la planche avec ce système de coordonnées pour vous faciliter la vie. Comme le tableau est à 2 faces, je désignerai le côté faisant face au pi comme le côté « B » et le côté éloigné du pi comme le côté « A ».
2. Soudez le L293D et le LM7805 en place, la broche supérieure gauche du L293D réside sur le côté B à la position C11. Le LM7805 aura besoin que ses broches de sortie se plient de manière à ce que la face arrière métallique de la puce repose à plat contre la carte, la broche gauche doit être en position P8.
3. Soudez les broches d'en-tête en place, il faut d'abord pousser le côté le plus court des broches à travers le bloc noir jusqu'à ce qu'elles soient à plat contre le haut dudit bloc. Ils doivent être poussés du côté A avec le coin inférieur droit dans le trou T1 et soudés du côté B comme indiqué et documenté dans les images ci-dessus. Lorsque cela est fait, coupez délicatement les blocs noirs et insérez les 2 rangées de broches dans les en-têtes correspondants qui ne doivent pas encore être soudés au pi, ceux-ci garantissent que les broches ne bougent pas lors de la soudure.
4. Ensuite, soudez les broches du moteur et de la batterie, 4 de large pour le moteur et 2 de large pour la batterie. Les broches de la batterie doivent être placées dans les emplacements J4 et K4 du côté B, les broches du moteur entre L2 et O2 du côté B.
5. Les deux condensateurs doivent maintenant être soudés, tous deux du côté B. L'anode (jambe positive) du condensateur 22μF doit être dans l'emplacement P10 sur le côté B et doit être soudée à P8 avec la section restante de la patte, avant de couper les restes. La cathode (jambe négative) doit être insérée dans la fente P11 et pliée comme sur l'image pour se connecter à P7 (la cathode du 7805). L'anode du condensateur 10μF doit être insérée dans l'emplacement P4 et la patte soudée à la broche P9, la cathode doit être insérée dans l'emplacement P3 et connectée à P7 de la même manière que l'autre condensateur.
6. Les fils de connexion doivent emprunter les chemins vus dans les images ci-dessus, donc pour gagner du temps de lecture, j'ai compilé une liste des broches qui doivent être connectées par celles-ci, dans l'ordre et avec des côtés spécifiés, le côté spécifié est le côté où la partie isolée du fil réside sur. Les coordonnées seront formatées de telle sorte que la première lettre signifie le côté, suivie de la coordonnée. Par exemple, si je devais connecter une broche L293D à une sortie, le même trou que la broche utilise ne pourrait pas être utilisé, donc le trou adjacent le serait, la broche à laquelle le fil se connecte sera placée de chaque côté des trous qu'ils traversent. Cela ressemblerait à B: A1-A2 à G4-H4 avec le fil passant par les trous A2 et G4. Remarque: sur mes photos, le côté A n'a pas de lettrage, supposons que ce serait de gauche à droite.
7. Comme vous avez déjà sorti le fer à souder, c'est le bon moment pour souder les fils du moteur et de la batterie, je recommanderais environ 15 cm pour les fils du moteur, qui doivent être soudés horizontalement à la plaque arrière du moteur pour économiser de l'espace, une photo de ceci est ci-dessus. Des connecteurs sont nécessaires à l'autre extrémité des fils du moteur, je recommanderais d'y mettre une petite quantité de soudure après le sertissage pour assurer une connexion solide. Le fil rouge d'un support de batterie doit être soudé au fil noir de l'autre en laissant environ 4 cm entre les deux, les deux autres fils ont besoin d'environ 10 cm chacun mais ont plutôt besoin d'un connecteur attaché à l'extrémité pour se connecter à la carte.

Câblage:

1. B: C4-B4 à F11-G11
2. B: C9-B9 à O1-O2
3. B: G11-H11 à K5-K4
4. B: F9-G9 à M1-M2
5. B: F8-G8 à I4-J4
6. B: F6-G6 à L1-L2
7. B: K4-L4 à O10-P10
8. B: F7-H7 à N7-O7
9. Du côté A, tous les fils sont soudés de ce côté, aucun fil n'est passé à travers donc seulement 2 coordonnées sont nécessaires.
10. A: O4 à O2
11. A: O5 à N2
12. A: O10 à M2
13. A: O7 à P2
14. A: R4 à Q2
15. R: Les broches de masse O7, O8, R7 et R8 doivent toutes être connectées.
16. R: E7 à K4
17. A: O1 à R10
18. A: M1 à R11
19. A: E4 à T1
20. A: G2 à R6

Je recommanderais de vérifier cela par rapport au schéma de circuit ci-dessus pour assurer un câblage correct avant de tester. Le test du circuit doit être effectué avec un multimètre pour tester la connectivité, les broches à vérifier sont les suivantes, mais si vous êtes déjà compétent en électronique, testez autant que possible. À vérifier: les broches d'entrée de la batterie, les broches du moteur, toutes les broches de l'en-tête pour le pi et l'entrée et la sortie du 7805 par rapport à la terre.

Étape 3: Configuration du Pi

Dans ce tutoriel, je suppose que votre pi est déjà configuré avec une image et connecté à Internet, si vous configurez le pi pour la première fois, je vous suggère d'utiliser le guide suivant de leur site Web pour installer l'image:

www.raspberrypi.org/downloads/

J'ai trouvé que la vie est beaucoup plus facile si l'on peut travailler avec le pi tout en restant à l'intérieur du robot, mais comme le port HDMI est bloqué par une impasse, le bureau à distance est la meilleure chose à faire. C'est assez facile à configurer à l'aide d'un package appelé xrdp et du protocole RDP de Microsoft (intégré à Windows, donc pas de problème à cette fin).

Pour configurer xrdp, assurez-vous d'abord que votre pi est mis à jour en exécutant les commandes 'sudo apt-get update' et 'sudo apt-get upgrade'. Ensuite, exécutez la commande 'hostname -I' qui devrait renvoyer l'adresse IP locale du pi et vous êtes prêt à partir ! Appuyez sur la touche Windows de votre ordinateur et ouvrez un programme appelé « Connexion au bureau à distance », puis entrez l'adresse IP de votre pi dans le champ Ordinateur, suivi du nom d'utilisateur « pi » si vous ne l'avez pas modifié, appuyez sur Entrée et une connexion sera établi avec le pi.

Le premier package dont vous aurez besoin est celui de l'appareil photo, car ce n'est pas mon domaine d'expertise, j'ai ajouté un lien vers le guide officiel, qui a parfaitement fonctionné pour moi.

projects.raspberrypi.org/en/projects/getti…

Une fois que vous avez suivi ce guide et installé le logiciel ci-dessus, vous êtes prêt à passer à l'étape suivante !

Étape 4: le code

Tout d'abord avec le code, la programmation est loin d'être ma partie préférée de la robotique, donc bien que le programme soit entièrement fonctionnel, la structure n'est sans aucun doute pas parfaite, donc si vous remarquez des problèmes avec, j'apprécierais vraiment vos commentaires !

Téléchargez le fichier python joint sur votre pi et placez-le dans le dossier Documents, puis ouvrez un terminal pour commencer à configurer l'exécution automatique. Pour vous assurer que vous n'avez pas besoin de bureau à distance sur le pi à chaque fois que vous souhaitez utiliser le robot, nous pouvons configurer le pi de telle sorte qu'il exécutera le programme au démarrage. Démarrez la configuration en tapant "sudo nano /etc/rc.local" dans le terminal, ce qui devrait faire apparaître un éditeur de texte basé sur un terminal appelé Nano, faites défiler vers le bas du fichier et trouvez la ligne disant "exit 0", créez une nouvelle ligne au-dessus et tapez "sudo python /home/pi/Documents Spy_bot.py &". Cela ajoute la commande pour exécuter le fichier python dans le cadre du processus de démarrage, car notre programme s'exécutera en continu, nous ajoutons le "&" pour bifurquer le processus, permettant au pi de terminer le démarrage plutôt que de boucler ce programme. Pour quitter nano, appuyez sur ctrl+x puis y. Après être revenu au terminal, tapez "sudo reboot" pour redémarrer le pi et appliquer les modifications.

Si les moteurs tournent dans le mauvais sens, ouvrez le fichier Spy_bot.py avec l'éditeur de texte et faites défiler jusqu'à la section moteur du code, qui sera étiquetée avec des instructions sur les nombres exacts à échanger. Si les moteurs gauche et droit sont échangés, cela peut être soit corrigé dans le code, soit en échangeant les fils, si vous préférez éviter de tout démonter à nouveau, échangez n'importe quel 12 dans la fonction motrice avec 13 et n'importe quel 7 pour 15.

Le code est annoté avec des détails sur ce que fait chaque section, de sorte qu'il puisse être modifié et compris facilement.

Étape 5: Tout assembler

Montage des moteurs:

Après avoir déjà collé le châssis et installé le pi, vous êtes maintenant prêt à assembler le robot ! Le meilleur endroit pour commencer est avec les moteurs, leurs supports sont conçus pour s'adapter parfaitement, il est donc probable qu'une petite quantité de limage sera nécessaire sur les petits boutons à l'intérieur de celui-ci, qui sont étiquetés sur la photo ci-dessus. Les trous à l'extrémité de ceux-ci peuvent également avoir besoin d'être légèrement élargis de sorte que la section dorée surélevée à l'extrémité des moteurs s'adapte à l'intérieur. Une fois que les moteurs peuvent s'adapter parfaitement à l'intérieur des boîtiers, vous pouvez retirer le moteur et boulonner les boîtiers dans leur position à l'arrière du robot à l'aide des boulons M3 x 8 mm et des nylocks, puis réinsérer les moteurs à leur place.

Fixation de l'électronique:

Ensuite, les supports de batterie et le raspberry pi peuvent être boulonnés en place à l'aide de boulons M3 x 8 mm et de nylocks selon les photos, les trous de montage dans le pi zéro peuvent avoir besoin d'être légèrement élargis car les boulons seront serrés, le moyen le plus sûr et le meilleur de faire c'est avec une petite lime ronde et beaucoup de prudence. Cela vaut la peine de placer les fils de la batterie et du moteur sous l'endroit où le pi va car cela rend l'ensemble de la configuration beaucoup plus propre sans fils lâches partout.

Il est maintenant temps d'ajouter la caméra, qui peut être insérée sur les 4 chevilles à l'avant du châssis avec son câble déjà à l'arrière, l'autre extrémité du câble plat doit être doucement pliée pour s'insérer dans le port de la caméra du pi, avec les contacts du câble vers le bas, veillez à ne pas trop plier le câble plat car ils ont tendance à être assez fragiles.

Montage de la plaque supérieure:

Les 6 entretoises doivent avoir une longueur de 19 mm, sinon une lime en métal décente devrait faire le travail, lorsque cela est fait, elles doivent être boulonnées sur la partie supérieure du châssis avec l'extrémité fraîche contre le plastique, le cas échéant. La plaque supérieure peut maintenant être boulonnée sur ceux-ci, en veillant à plier doucement le câble plat en dessous.

Ajout des roues:

Sur la dernière marche, les roues ! Les deux roues avec des trous centraux plus petits doivent être percées à 3 mm pour s'adapter aux arbres du moteur, mais si votre imprimante 3D est calibrée à un niveau élevé, cela ne devrait pas être nécessaire. Les trous carrés dans toutes les roues devront s'élargir légèrement de sorte qu'un nylock puisse être placé à l'intérieur, lorsque cela est fait un M3 x 12mm et un nylock doit être installé à l'intérieur de chaque roue et suffisamment serré pour que la tête du boulon soit au niveau de le bord de la roue. Les deux roues restantes devront être élargies de la même manière que les autres, mais à 5 mm à la place pour s'adapter à l'axe. Une fois que les roues sont toutes préparées, je recommanderais d'utiliser une forme de ruban électrique ou un élastique pour leur ajouter une surface d'adhérence, si du ruban est utilisé, environ 90 mm suffisent pour faire le tour de la roue une fois. Les roues arrière sont maintenant prêtes à être fixées, le moyen le plus simple de le faire est de faire pivoter l'arbre du moteur de sorte que la surface plane soit tournée vers le haut et de boulonner la roue avec le boulon pointant vers le bas, en laissant 1 à 2 mm entre la roue et le carter du moteur pour éviter l'accrochage. L'essieu avant peut maintenant être placé à travers les blocs avant et les roues attachées.

Cette étape devrait conclure le projet, j'espère que cela a été instructif et facile à suivre, et surtout amusant ! Si vous avez des suggestions, des questions ou des améliorations que je peux apporter, s'il vous plaît faites le moi savoir, je suis plus qu'heureux de répondre à toutes les questions et de mettre à jour cette instructable si nécessaire.