WalaBeer Tank

Het begint met het controleren van de huidige staat van de kraan. Als het moet worden verhoogd, maar dat is niet het geval, dan zal het de servo's van de luikdeuren updaten en de kraan omhoog bewegen. Als hij moet worden neergelaten, maar dat is niet het geval, dan laat hij de kraan zakken en sluit vervolgens het luik. De spoelen van de stappenmotor moeten aan het einde van het proces worden uitgeschakeld, omdat ze ernstig kunnen opwarmen en de batterij leeg laten lopen als we er een aan laten staan.

Arduino - Raspberry Pi-communicatie

De Arduino is aangesloten en gevoed vanaf de Raspberry Pi met een USB - micro-USB-kabel en ze communiceren via serieel. De Raspberry bestuurt de Arduino met deze commando's:

• s --> schakel de radiobesturing uit en accepteer alleen seriële commando's. De Arduino zal hierop met 'OK' antwoorden en de radiobesturing uitschakelen. Deze OK is een onderdeel van hoe de Rpi de Arduino herkent.

• r --> radiobesturing weer aan

• e --> hef de kraan op (en open zo het luik)

• d --> laat de kraan zakken

• m X Y -> het instellen van de snelheid van de motoren. X is motorSpeedBase en Y is motorSpeedChange. Zowel X als Y moeten gehele getallen zijn

• b --> de arduino zal antwoorden met een geheel getal:batterijspanning * 100

• l --> verlichting aanzetten

• o --> verlichting uitschakelen

Opgemerkt moet worden dat in het geval van seriële besturing, de Arduino de interrupts op RC-kanaal 1 en 2 uitschakelt, maar niet op 3. Kanaal 3 (de schakelaar) wordt gebruikt als een veiligheidsschakelaar om de WalaBeer-tank uit te schakelen als het gek begint te worden dingen in de autonome modus.

Walabot

Dit is het deel waar Walabot van pas komt. Walabot is een 3D-sensor die microgolven gebruikt voor beeldvorming. Het kan verbazingwekkende dingen doen, zoals door muren kijken, je ademhaling van een afstand detecteren, in het donker zien, enzovoort. Ik wil geen pagina's schrijven over zijn andere mogelijkheden omdat anderen dat geweldig hebben gedaan. Maar ik raad je echt aan erover te lezen.

Ik gebruik Walabot als de enige navigatiesensor op de tank. Om de Walabot met de Raspberry Pi te gebruiken, moeten we eerst de Walabot SDK installeren. U kunt de SDK hier downloaden en de Walabot API-site helpt u bij het installeren ervan. Er is veel nuttige informatie en voorbeelden over het gebruik van Walabot. Ik raad aan om de site te controleren.

Het stroomverbruik van de Walabot ligt tussen de 0,4-0,9A. Het betekent dat de Raspberry Pi standaard niet genoeg energie kan leveren om de Walabot van stroom te voorzien. Gelukkig is er een manier om het uitgangsvermogen van de USB-poorten van de rpi te verhogen door deze regel toe te voegen:`max_usb_current=1` aan de /boot/config.txt. Zoals ik weet verhoogt het het uitgangsvermogen van 600mA naar 1200mA.

Dat zou geweldig zijn, maar hier komt een probleem:ik voed ook de Arduino en de servo's van de Raspberry. De motoren van de tank en de stappenmotor worden aangedreven door de batterij, dus ik dacht dat het niet uit zou maken. Het doet het echter wel. Als ik de Walabot in deze toestand start, stopt hij met het bericht WALABOT_ERR_PROTOCOL. Mogelijk treedt er een storing op wanneer ik hem probeer te starten.

Het batterij-eliminatorcircuit kan tot 3A leveren, dus dat is hier meer dan genoeg. De Walabot heeft twee micro-USB-poorten. De middelste poort zal me in deze situatie helpen omdat hij van daaruit kan worden gevoed terwijl hij aan de andere kant communiceert. Om dit te doen moest ik een aanpassing doen en de kap van de Walabot verwijderen om deze jumper te verplaatsen

Daarna werkte de Walabot perfect, geen WALABOT_ERR_PROTOCOL meer.

Het logo op de achterkant (het gladde deel is de voorkant) bevat vier zeer sterke ingebouwde magneten. Die werden gebruikt om de Walabot gemakkelijk aan de metalen voorkant van de tank te bevestigen zonder extra hardware.

Volg mij

Een van de 'verkopende punten' van de tank is de volg mij-modus. Als je de biertank vraagt ​​je te volgen, dan zal hij zijn best doen en je volgen. Zodra je je bestemming hebt bereikt, vraag je gewoon om het bier dat erin zit. Het is een geweldige feesttruc!

De Walabot SDK biedt allerlei manieren om met de Walabot te communiceren. Mijn project gebruikt de getTargets functie met Moving Target Identification (MTI)-modus. Het wordt gebruikt om bewegende objecten voor de Walabot te detecteren. Met mijn configuratie retourneert getTargets maximaal 4 doelen en ziet het objecten op een maximale afstand van 1,5 meter.

De doelen hebben XYZ-coördinaten en een amplitudeparameter. Ik gebruik alleen Y- en Z-coördinaten omdat hoogte (X) hier niet belangrijk is. Het probleem is dat er geen manier is om te zeggen welk doelwit wat is.

In de vroege versie heb ik een regel gemaakt om de mens in de doelenlijst te vinden:voordat je hem opdracht geeft je te volgen, moet je op 80 cm afstand voor de Walabot staan. Daarna gaat mijn code ervan uit dat het dichtstbijzijnde object met een voldoende hoge amplitude de mens is. Als de mens wordt gedetecteerd, hoeft de tank alleen maar de mens in de gewenste positie te houden door te bewegen.

Helaas was het niet perfect. Gelukkig kreeg ik een suggestie voor een andere aanpak. Het begint hetzelfde:je moet op 80cm afstand voor de Walabot gaan staan. Het dichtstbijzijnde doelwit bij de tank wordt als de mens beschouwd. Daarna zal in elke iteratie de positie van de mens het dichtst bij de vorige positie liggen. Als de afstand tussen de nieuwe en oude positie te groot zou zijn, zal de tank de positie van de mens niet bijwerken en zal hij stoppen. De tank zal proberen de mens te vinden rond de oude positie, dus als hij de persoon vindt, zal hij hem blijven volgen. Het is een vrij eenvoudig idee.

Laten we enkele gevallen bekijken in de Arena-weergave. Het doel van de tank is om de mens in het doelgebied (rode rechthoek) te houden. Het blauw komt het dichtst in de buurt en dat is de mens in deze gevallen:

• Geval 1:De mens bevindt zich in het doelgebied, dus er is geen beweging nodig

• Geval 2:De mens bevindt zich aan de rechterkant en hij is te dicht bij de tank. Eerst zal de tank naar rechts draaien en dan zal hij van de mens weggaan door achteruit te gaan.

• Geval 3:De tank hoeft niet te draaien, maar de mens is te ver weg. Het zal vooruit gaan. De Walabot zag 3 doelen toen ik deze foto maakte

• Geval 4:Er is maar één doelwit op deze foto en dat is aan de linkerkant. De tank gaat naar links en dan naar voren.

• Geval 5:De tank gaat achteruit totdat de mens in de rode rechthoek staat.

Deze afbeeldingen zijn printscreens van de Arena-weergave van een licht gewijzigde versie van de Walabot-SensorTargets-demo. Mijn project heeft geen GUI nodig en heeft dus ook geen GUI, maar gebruikt dezelfde principes. Ik raad aan om de andere demoprojecten te bekijken op hun github-pagina.

De beweging met de huidige setup is niet al te vloeiend. Het kan niet vooruit gaan en tegelijkertijd in de autonome modus draaien. De belangrijkste reden daarvoor is de framerate van de Walabot. Het is ongeveer 6 FPS met de huidige instellingen. Het betekent dat de Raspberry elke 0,16 seconden een update krijgt. Dit is een probleem. Er kan veel gebeuren in 0,16 seconden. Om dit probleem op te lossen heb ik de tank vertraagd. Ik gebruikte de laagst mogelijke snelheid om vooruit te komen en te draaien. Ik heb ook de combinatie van draaien en bewegen verwijderd omdat die bewegingen niet betrouwbaar waren met mijn rupsopstelling. Bij hogere snelheden gingen ze veel te ver en bij lagere snelheden waren ze minder betrouwbaar dan de huidige versie.

Spraakbesturing

In de autonome modus had ik een coole manier nodig om de tank te besturen. Ik heb hiervoor de Alexa Skill Kit van Amazon gebruikt. In de vroege versie gebruikte ik het met ngrok om de Raspberry direct te besturen. Gewoonlijk zouden mensen hiervoor een versie van de Amazon Echo gebruiken, maar helaas heb ik zo'n apparaat niet. Ik moest hiervoor echosim en de Amazon Alexa-app van Google Play gebruiken. De naam van de vaardigheid is Beer Tank omdat WalaBeer iets is dat Alexa niet herkent. Koop bier, hou van bier, etc, maar geen WalaBeer. Je kunt deze commando's gebruiken om met Alexa te communiceren:

• start biertank

• zet {on/off} de lichten

• {open/close} het vrachtruim

• {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.

Conclusie

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:

Schema's

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