WalaBeer Tank

Es beginnt mit der Überprüfung des aktuellen Zustands des Krans. Wenn es angehoben werden muss, aber dies nicht der Fall ist, aktualisiert es die Servos der Lukentüren und bewegt den Kran nach oben. Wenn er abgesenkt werden soll, dies aber nicht der Fall ist, senkt er den Kran ab und schließt dann die Luke. Die Spulen des Schrittmotors müssen am Ende des Vorgangs deaktiviert werden, da sie sich stark erhitzen und den Akku entladen können, wenn wir einen eingeschaltet lassen.

Arduino - Raspberry Pi-Kommunikation

Der Arduino wird über ein USB-Micro-USB-Kabel mit dem Raspberry Pi verbunden und mit Strom versorgt, und sie kommunizieren seriell. Der Raspberry steuert den Arduino mit diesen Befehlen:

• s --> Funksteuerung ausschalten und nur serielle Befehle akzeptieren. Der Arduino antwortet darauf mit 'OK' und deaktiviert die Funksteuerung. Dieses OK ist ein Teil davon, wie das Rpi das Arduino erkennt.

• r --> Funksteuerung wieder einschalten

• e --> Kran anheben (und damit die Luke öffnen)

• d --> Kran absenken

• m X Y -> Einstellen der Drehzahl der Motoren. X ist motorSpeedBase und Y ist motorSpeedChange. Sowohl X als auch Y müssen ganze Zahlen sein

• b --> das Arduino antwortet mit einer ganzen Zahl:Batteriespannung * 100

• l --> Beleuchtung einschalten

• o --> Beleuchtung ausschalten

Es muss beachtet werden, dass der Arduino bei serieller Steuerung die Interrupts auf RC-Kanal 1 und 2 deaktiviert, aber nicht auf 3. Kanal 3 (der Schalter) wird als Sicherheitsschalter verwendet, um den WalaBeer Tank zu deaktivieren, wenn er verrückt wird Dinge im autonomen Modus.

Walabot

Hier kommt Walabot ins Spiel. Walabot ist ein 3D-Sensor, der Mikrowellen für die Bildgebung verwendet. Es kann erstaunliche Dinge tun, wie durch Wände sehen, Ihre Atmung aus der Ferne erkennen, im Dunkeln sehen und so weiter. Ich möchte keine Seiten über seine anderen Fähigkeiten schreiben, weil andere das großartig gemacht haben. Ich empfehle jedoch wirklich, darüber zu lesen.

Ich werde Walabot als einzigen Navigationssensor am Tank verwenden. Um den Walabot mit dem Raspberry Pi zu verwenden, müssen wir zuerst das Walabot SDK installieren. Sie können das SDK hier herunterladen und die Walabot API-Site hilft Ihnen bei der Installation. Dort finden Sie viele nützliche Informationen und Beispiele zur Verwendung von Walabot. Ich empfehle, die Website zu überprüfen.

Der Stromverbrauch des Walabot liegt zwischen 0,4-0,9A. Dies bedeutet, dass der Raspberry Pi standardmäßig nicht genug Energie bereitstellen kann, um den Walabot mit Strom zu versorgen. Glücklicherweise gibt es eine Möglichkeit, die Leistung der USB-Ports des rpi zu erhöhen, indem Sie diese Zeile:`max_usb_current=1` zur /boot/config.txt hinzufügen. Wie ich weiß, erhöht es die Ausgangsleistung von 600mA auf 1200mA.

Das wäre toll, aber hier kommt ein Problem:Ich versorge auch den Arduino und die Servos vom Raspberry. Die Motoren des Tanks und des Schrittmotors werden von der Batterie gespeist, daher dachte ich, dass es keine Rolle spielen sollte. Es tut jedoch. Wenn ich den Walabot in diesem Zustand starte, stoppt er mit der Nachricht WALABOT_ERR_PROTOCOL. Möglicherweise tritt ein Brownout auf, wenn ich versuche, es zu starten.

Die Batterie-Eliminator-Schaltung kann bis zu 3A liefern, das ist hier also mehr als genug. Der Walabot verfügt über zwei Micro-USB-Anschlüsse. Der mittlere Port wird mir in dieser Situation helfen, da er von dort mit Strom versorgt werden kann, während auf dem anderen kommuniziert wird. Dazu musste ich eine Modifikation vornehmen und die Abdeckung des Walabot entfernen, um diesen Jumper zu verschieben

Danach funktionierte der Walabot einwandfrei, kein WALABOT_ERR_PROTOCOL mehr.

Das Logo auf der Rückseite (der glatte Teil ist die Vorderseite) enthält vier sehr starke eingebaute Magnete. Diese wurden verwendet, um den Walabot ohne zusätzliche Hardware einfach an der Metallfront des Panzers zu befestigen.

Folge mir

Eines der Verkaufsargumente des Panzers ist sein Follow-Me-Modus. Wenn Sie den Biertank bitten, Ihnen zu folgen, wird er sein Bestes tun und Ihnen folgen. Wenn Sie Ihr Ziel erreicht haben, fragen Sie einfach nach dem Bier im Inneren. Es ist ein toller Partytrick!

Das Walabot SDK bietet alle Arten von Möglichkeiten, mit dem Walabot zu interagieren. Mein Projekt verwendet die getTargets Funktion mit Moving Target Identification (MTI)-Modus. Es wird verwendet, um sich bewegende Objekte vor dem Walabot zu erkennen. Mit meiner Konfiguration gibt getTargets maximal 4 Ziele zurück und sieht Objekte in einer maximalen Entfernung von 1,5 Metern.

Die Ziele haben XYZ-Koordinaten und einen Amplitudenparameter. Ich verwende nur Y- und Z-Koordinaten, da die Höhe (X) hier nicht wichtig ist. Das Problem ist, dass es keine Möglichkeit gibt zu sagen, welches Ziel was ist.

Um den Menschen in der Zielliste zu finden, habe ich in der frühen Version eine Regel erstellt:Bevor du ihm befiehlst, dir zu folgen, musst du in 80cm Entfernung vor dem Walabot stehen. Danach geht mein Code davon aus, dass das nächste Objekt mit einer ausreichend hohen Amplitude der Mensch ist. Wenn der Mensch erkannt wird, muss der Panzer den Menschen nur durch Bewegung in der gewünschten Position halten.

Leider war es nicht perfekt. Zum Glück habe ich einen Vorschlag für einen anderen Ansatz bekommen. Es beginnt gleich:Sie müssen in 80cm Abstand vor dem Walabot stehen. Das dem Panzer am nächsten liegende Ziel wird als Mensch betrachtet. Danach ist die Position des Menschen in jeder Iteration das nächste Ziel zur vorherigen Position. Wenn der Abstand zwischen der neuen und der alten Position zu groß wäre, aktualisiert der Panzer die Position des Menschen nicht und stoppt. Der Panzer wird versuchen, den Menschen in der Nähe der alten Position zu finden. Wenn er die Person findet, wird er ihm weiterhin folgen. Es ist eine ziemlich einfache Idee.

Sehen wir uns einige Fälle in der Arena-Ansicht an. Das Ziel des Panzers ist es, den Menschen im Zielbereich (rotes Rechteck) zu halten. Das Blau ist in diesen Fällen am nächsten und das ist der Mensch:

• Fall 1:Der Mensch befindet sich im Zielbereich, daher ist keine Bewegung erforderlich

• Fall 2:Der Mensch ist rechts und er ist zu nah am Tank. Zuerst dreht sich der Panzer nach rechts, dann entfernt er sich vom Menschen, indem er rückwärts geht.

• Fall 3:Der Panzer muss sich nicht drehen, aber der Mensch ist zu weit weg. Es wird vorwärts gehen. Der Walabot hat 3 Ziele gesehen, als ich dieses Bild gemacht habe

• Fall 4:Es gibt nur ein Ziel in diesem Bild und es befindet sich auf der linken Seite. Der Panzer bewegt sich nach links und dann nach vorne.

• Fall 5:Der Panzer fährt rückwärts, bis sich der Mensch im roten Rechteck befindet.

Diese Bilder sind Druckbildschirme der Arena-Ansicht einer leicht modifizierten Version der Walabot-SensorTargets-Demo. Mein Projekt braucht keine GUI und hat daher keine GUI, aber es verwendet die gleichen Prinzipien. Ich empfehle, sich die anderen Demo-Projekte von ihrer Github-Seite anzusehen.

Die Bewegung mit dem aktuellen Setup ist nicht zu flüssig. Es kann nicht gleichzeitig vorwärts fahren und sich im autonomen Modus drehen. Der Hauptgrund dafür ist die Framerate des Walabot. Mit den aktuellen Einstellungen sind es etwa 6 FPS. It means that the Raspberry gets one update in every 0.16 seconds. This is a problem. A lot can happen in 0.16 seconds. To overcome this issue I slowed down the tank. I used the minimum possible speed to move forward and to turn. I also removed the combination of turning and moving because those movements wasn't reliable with my tracked setup. At higher speeds they overshot a lot and at lower speeds they were less reliable than the current version.

Voice control

In autonomous mode I needed a cool way to control the tank. I used Amazon's Alexa Skill Kit to do this. In the early version I used it with ngrok to directly control the Raspberry. Usually people would be using a version of the Amazon Echo to do this, but unfortunately I don't have such device. I had to use echosim and the Amazon Alexa app from Google Play to do this. 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.

Conclusion

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: