R2D2Pi: Превращение пустого игрушечного R2D2 в робота на Raspberry Pi

История

Моя дочь купила пластикового R2D2, ожидая, что он будет двигаться, но обнаружила, что это просто оболочка. Решив оживить игрушку, я соединил страсть к 3D-печати с хакерством Raspberry Pi.

Механические основы

Оригинальная игрушка не имела движущихся частей. На 3D-принтере были спроектированы и напечатаны шестерня головы, актуаторы ног и крепежные элементы.

Механизм головы и оптический прерыватель

Шестеренчатый двигатель постоянного тока (с eBay) вращает голову. Управление через H-мост DRV8833, запитанный от I²C PWM-драйвера PCA9685. Три оптических переключателя задают пределы хода головы и подключены к GPIO Pi.

Управление батареей

Использован промышленный блок литиевых элементов с выходом 5 В. После удаления встроенного зарядного устройства элементы смонтированы, добавлен индикатор заряда (4 светодиода) и схема включения/выключения. Высокотоковые потребители запитаны прямо от 5 В шины, чтобы избежать просадок напряжения.

Электронное ядро

Raspberry Pi Zero W, плата PCA9685 и контроллер DRV8833 установлены на адаптере внутри корпуса. Собственная печатная плата размещает динамик, пользовательские кнопки и схему управления питанием.

Актуация ног

Правая нога поднимается сервоприводом HS-422 с удалённым драйвером. Эксцентрик и оптический прерыватель фиксируют нижнее положение ноги. Мотор и его драйвер запитаны от 5 В шины.

Светодиодная индикация

Четыре светодиода (2 красных, 1 зелёный, 1 синий), спасённые из бракованной новогодней гирлянды, припаяны на макетную плату и выровнены с крепежными отверстиями для лёгкой интеграции.

Аудиосистема

Недорогой батарейный динамик со встроенным усилителем (ранее от трёх элементов AAA) модифицирован и вклеен внутрь корпуса. Аудио выводится через Raspberry Pi Zero.

Пользовательский интерфейс

Две тактовые кнопки смонтированы на 3D-печатной раме и подключены к макетной плате для чистого тактильного интерфейса.

Схема управления питанием

Защёлкивающаяся кнопка включает/выключает Pi. GPIO 4 Pi отслеживает кнопку для корректного завершения работы. В выключенном состоянии PCA9685 и DRV8833 отключены; они включаются при старте софта. DRV8833 управляет обоими двигателями постоянного тока, динамиком и оптическими переключателями, а PCA9685 управляет светодиодной решёткой.

Добавление аудио на Pi Zero

Внешняя схема добавлена к Pi Zero для поддержки аудиовыхода, подробности в схеме.

Программный стек

Управление реализовано в Node-RED со следующими нодами:

• node-red-contrib-pca9685 — управление PWM-платой PCA9685
• node-red-contrib-speakerpi — стриминг аудио на динамик
• node-red-dashboard — веб-интерфейс GUI

Планы по развитию

• Добавить микрофон для распознавания голоса
• Реализовать функцию будильника
• Исследовать дополнительные творческие возможности

Кастомные детали и корпуса

Детальные проекты креплений батареи, корпусов кнопок и корпуса Raspberry Pi доступны в прикреплённых файлах.

R2D2Pi — ваш вход в мир робототехнического хобби.