Tanque de WalaBeer

Comienza con la verificación del estado actual de la grúa. Si necesita ser elevado pero no lo está, actualizará los servos de las puertas de la escotilla y moverá la grúa hacia arriba. Si debe bajarse pero no lo está, entonces baja la grúa y luego cierra la trampilla. Las bobinas del motor paso a paso deben desactivarse al final del proceso porque pueden calentarse seriamente y agotar la batería si dejamos una encendida.

Arduino - comunicación Raspberry Pi

El Arduino está conectado y alimentado desde la Raspberry Pi con un cable USB - micro USB y se comunican a través de serie. La Raspberry controlará el Arduino con estos comandos:

• s -> apague el control de radio y acepte solo comandos en serie. El Arduino responderá con 'OK' a esto y deshabilitará el control de radio. Este OK es parte de cómo Rpi reconoce el Arduino.

• r -> volver a encender el control de radio

• e -> elevar la grúa (y así abrir la trampilla)

• d -> bajar la grúa

• m X Y -> ajuste de la velocidad de los motores. X es motorSpeedBase e Y es motorSpeedChange. Tanto X como Y deben ser números enteros

• b -> el arduino responderá con un número entero:voltaje de la batería * 100

• l -> encender la iluminación

• o -> apagar la iluminación

Cabe señalar que en caso de control en serie, el Arduino deshabilita las interrupciones en el canal RC 1 y 2 pero no en el 3. El canal 3 (el interruptor) se usa como un interruptor de seguridad para deshabilitar el tanque WalaBeer si comienza a funcionar como loco. cosas en modo autónomo.

Walabot

Aquí está la parte en la que entra Walabot. Walabot es un sensor 3D que utiliza microondas para obtener imágenes. Puede hacer cosas asombrosas como ver a través de las paredes, detectar tu respiración desde la distancia, ver en la oscuridad, etc. No quiero escribir páginas sobre sus otras capacidades porque otros hicieron un gran trabajo al hacerlo. Sin embargo, realmente recomiendo leer sobre ellos.

Usaré Walabot como el único sensor de navegación en el tanque. Para usar Walabot con Raspberry Pi, primero debemos instalar el SDK de Walabot. Puede descargar el SDK desde aquí y el sitio de la API de Walabot lo ayudará a instalarlo. Hay mucha información útil y ejemplos sobre cómo usar Walabot. Recomiendo visitar el sitio.

El consumo de energía del Walabot está entre 0.4-0.9A. Significa que, de forma predeterminada, la Raspberry Pi no puede proporcionar suficiente energía para alimentar el Walabot. Afortunadamente, hay una manera de aumentar la potencia de salida de los puertos USB del rpi agregando esta línea:`max_usb_current =1` al /boot/config.txt. Como sé, aumenta la potencia de salida de 600 mA a 1200 mA.

Eso sería genial, pero aquí viene un problema:también enciendo el Arduino y los servos de la Raspberry. Los motores del tanque y el motor paso a paso funcionan con la batería, así que pensé que no debería importar. Sin embargo lo hace. Si inicio el Walabot en esta condición, se detiene con el mensaje WALABOT_ERR_PROTOCOL. Es posible que se produzca un apagón cuando intento iniciarlo.

El circuito eliminador de batería puede proporcionar hasta 3 A, por lo que aquí es más que suficiente. El Walabot tiene dos puertos micro USB. El puerto intermedio me ayudará en esta situación porque se puede alimentar desde allí mientras se comunica con el otro. Para ello tuve que hacer una modificación y quitar la tapa del Walabot para mover este jumper

Después de eso, el Walabot funcionó perfectamente, no más WALABOT_ERR_PROTOCOL.

El logo en la parte posterior (la parte lisa es la parte frontal) contiene cuatro imanes incorporados muy fuertes. Esos se usaron para sujetar fácilmente el Walabot al frente de metal del tanque sin ningún hardware adicional.

Sígueme

Uno de los "puntos de venta" del tanque es su modo sígueme. Si le pides al tanque de cerveza que te siga, hará todo lo posible y te seguirá. Una vez que llegaste a tu destino, solo pide la cerveza adentro. ¡Es un gran truco de fiesta!

El SDK de Walabot proporciona todo tipo de formas de interactuar con Walabot. Mi proyecto usa getTargets función con Identificación de objetivos móviles Modo (MTI). Se utiliza para detectar objetos en movimiento frente al Walabot. Con mi configuración, getTargets devolverá un máximo de 4 objetivos y verá objetos a una distancia máxima de 1,5 metros.

Los objetivos tienen coordenadas XYZ y un parámetro de amplitud. Utilizo solo las coordenadas Y y Z porque la altura (X) no es importante aquí. El problema es que no hay forma de saber qué objetivo es qué.

En la versión anterior, para encontrar al humano en la lista de objetivos, creé una regla:antes de ordenarle que te siga, debes pararte frente al Walabot a una distancia de 80 cm. Después de eso, mi código asume que el objeto más cercano con una amplitud lo suficientemente alta es el humano. Si se detecta al humano, todo lo que tiene que hacer el tanque es mantener al humano en la posición deseada moviéndose.

Desafortunadamente, no fue perfecto. Afortunadamente, recibí una sugerencia para un enfoque diferente. Comienza igual:tienes que pararte frente al Walabot a una distancia de 80 cm. El objetivo más cercano al tanque se considerará humano. Después de eso, en cada iteración la posición del humano será el objetivo más cercano a la posición anterior. Si la distancia entre la posición nueva y la antigua fuera demasiado alta, el tanque no actualizará la posición del humano y se detendrá. El tanque intentará encontrar al humano en la posición anterior, por lo que si encuentra a la persona, continuará siguiéndolo. Es una idea bastante sencilla.

Examinemos algunos casos en la vista Arena. El objetivo del tanque es mantener al humano en el área objetivo (rectángulo rojo). El azul es el más cercano y ese es el humano en estos casos:

• Caso 1:el ser humano está en el área objetivo, por lo que no se requiere movimiento

• Caso 2:El humano está a la derecha y está demasiado cerca del tanque. Al principio, el tanque girará a la derecha y luego se alejará del humano yendo hacia atrás.

• Caso 3:el tanque no necesita girar, pero el humano está demasiado lejos. Avanzará. El Walabot vio 3 objetivos cuando hice esta imagen

• Caso 4:solo hay un objetivo en esta imagen y está a la izquierda. El tanque se moverá hacia la izquierda y luego hacia adelante.

• Caso 5:El tanque retrocederá hasta que el humano esté en el rectángulo rojo.

Estas imágenes son pantallas de impresión de la vista Arena de una versión ligeramente modificada de la demostración de Walabot-SensorTargets. Mi proyecto no necesita y, por lo tanto, no tiene una GUI, pero usa los mismos principios. Recomiendo consultar los otros proyectos de demostración desde su página de github.

El movimiento con la configuración actual no es demasiado fluido. No puede avanzar y girar en modo autónomo al mismo tiempo. La razón principal de esto es la velocidad de fotogramas de Walabot. Se trata de 6 FPS con la configuración actual. Significa que la Raspberry recibe una actualización cada 0,16 segundos. Esto es un problema. Pueden pasar muchas cosas en 0,16 segundos. Para superar este problema, reduje la velocidad del tanque. Utilicé la mínima velocidad posible para avanzar y girar. También eliminé la combinación de girar y moverse porque esos movimientos no eran confiables con mi configuración de orugas. A velocidades más altas, se sobrepasaron mucho y a velocidades más bajas fueron menos confiables que la versión actual.

Control por voz

En modo autónomo, necesitaba una forma genial de controlar el tanque. Usé el kit de habilidades de Alexa de Amazon para hacer esto. En la primera versión, lo usé con ngrok para controlar directamente la Raspberry. Por lo general, la gente usaría una versión de Amazon Echo para hacer esto, pero desafortunadamente no tengo ese dispositivo. Tuve que usar echosim y la aplicación Amazon Alexa de Google Play para hacer esto. The name of the skill is Beer Tank because WalaBeer is something that Alexa doesn't recognize. Buy beer, love beer, etc, but not WalaBeer. You can use these commands to interact with Alexa:

• start beer tank

• turn {on/off} the lights

• {open/close} the cargo hold

• {start/stop} following me

• [stop/cancel]

Here's a video about the first two capabilities:

Some of the voice commands in the video might differ from the current commands due to some requirements during the publishing process (e.g:'stop' changed to 'stop following me'). Controlling a Raspberry Pi using Alexa is very easy, however to get the knowledge to do that is not. For the first time I used ngrok and it was super easy to do this but ngrok is only good for testing purposes. The URL provided by ngrok will change after every restart and there are other problems too. Long story short, I needed a better solution.

I moved on to using AWS Lambda and AWS IoT. They are perfect for my purpose but it was quite difficult to find useful information about how to use them. I mean I found lots of partial tutorials and documentation but usually they were missing some crucial information and/or just didn't work. Finally, I found the youtube channel of Kurt Braun. He made an excellent tutorial that helped me a LOT. I really recommend his videos if you want to use AWS Lambda and AWS IoT:

This other video also helped me when I did the experimenting part. I won't go into details about configuring Lambda and AWS IoT, these videos are containing every necessary information about this topic.

He used Node-RED in his videos. That is a very useful tool, however I needed to use Python instead of JavaScript. Amazon provides an SDK for Python, but I used Paho MQTT Client to make the Raspberry Pi subscribe to my 'wbt' topic's messages. It was easier for me to use.

Finally, here's a video about the current status of the prototype:

As you can see the "follow me" mode is working quite well, but the tank is very slow in this mode. Possibly it is capable of slightly higher speeds but I wanted to be sure that it doesn't do crazy things. Slowing the tank down was needed because at higher speeds it can easily lose me, mostly when it is turning. I've got a couple of ideas how I can significantly increase the speed in "follow me" mode but it will take some time and possibly some extra hardware to implement a solution for that.

You can access my skill here and this is its id:

amzn1.ask.skill.a7453502-b1aa-47fa-a552-ed8e2c792b2e

If you want to publish your skill it might be a good idea to you authentication to differentiate the devices. For that follow this great tutorial.

Canceled

I'd like to write some words about another part that is on the "Most of the electronics are integrated onto the top part" image. I'm talking about these:

These are tachometers. I didn't use them in the final version, but they are still there.

A tachometer like this is made of two parts:a black and white paper on the main wheel and a reflective IR sensor in front of it. The reflected light depends on the color of the object. The difference is very big so distinguishing the states is very easy and thus you can easily calculate the speed of rotation. The only problem of this setup is the low sample rate in case of slow movement, however they work quite well on higher speeds.

The tachometers worked great, but I realized that I don't need them for the project and I also needed the GPIO pins on the Arduino for other purposes. This is their story.

Conclusión

The end result is great, useful and fun! It is also a good platform for other future projects. With hard work I managed to make the voice control work and Walabot proved to be a great sensor for this purpose, too. I see numerous ways to improve this tank so it is likely that you'll see more about it in the future!

This is my best and most successful project so far. And also the longest. To keep it from getting even longer I'd like to thank for all the help that I got and I also thank you for reading! As a prize here's a picture about a strange dog:

Esquemas

If I couldn't find a part then I replaced it with something similar. See notes for more info. Walabot is connected to the Raspberry Pi with and USB cable. If I couldn't find a part then I replaced it with something similar. See notes for more info. Walabot is connected to the Raspberry Pi with and USB cable. beer_tank_YN88vVuS9b.fzz