ربات نگهبان با نشانه‌گیر لیزری و رزبری‌پای پیکو

راز اصلی توانایی این ربات تو ردیابی هدف، چیدمان فیزیکی دقیق سنسورهای PIR هست. سنسورهای حرکتی معمولی زاویه دید عریضی دارن (حدود 110 درجه). اگه اون‌ها رو تخت و دقیقا کنار هم قرار بدی، زاویه دیدشون بیش از حد با هم تداخل پیدا می‌کنه و ربات گیج می‌شه.

1. آماده‌سازی پایه: از یه پایه پرینت سه‌بعدی به شکل شش‌ضلعی یا منحنی استفاده کن.
2. نصب سنسورها: سه تا سنسور PIR رو طوری نصب کن که زاویه‌دار و رو به بیرون باشن:
3. سنسور سمت چپ رو تو زاویه 45 درجه تنظیم کن.
4. سنسور وسط باید دقیقا مستقیم و تو زاویه 90 درجه باشه.
5. سنسور سمت راست رو هم تو زاویه 135 درجه قرار بده.
6. نصب سروو موتورها: سرووی مربوط به چرخش افقی (Pan) رو به پایه وصل کن و سرووی چرخش عمودی (Tilt) رو روی بازوی سرووی پایینی سوار کن.
7. اتصال "سر" ربات: سنسور اولتراسونیک HC-SR04 و سه تا ماژول لیزر (که به شکل مثلث چیده شدن) رو روی سرووی بالایی (Tilt) محکم کن.

همون‌طور که می‌دونی، پرینت سه‌بعدی قطعات پیچیده‌ای مثل بدنه این ربات می‌تونه چالش‌های خودش رو داشته باشه. تغییرات دما، رطوبت محیط و کیفیت فیلامنت می‌تونه باعث مشکلاتی مثل تاب برداشتن قطعه، تار عنکبوتی شدن یا جابه‌جایی لایه‌ها بشه که یه پرینت 10 ساعته رو کاملا خراب می‌کنه.

اگه می‌خوای درگیر این آزمون و خطاها نشی و یه خروجی کاملا حرفه‌ای، محکم و آماده مونتاژ برای رباتت داشته باشی، پیشنهاد می‌کنم فایلت رو به یه سرویس پرینت سه‌بعدی معتبر بسپاری. این کار چند تا مزیت بزرگ داره:

1. خداحافظی با پرینت‌های خراب: دیگه صبح بیدار نمی‌شی تا ببینی دستگاهت یه مشت پلاستیک درهم‌تنیده تولید کرده.
2. بدون نیاز به مراقبت: نیازی نیست ساعت‌ها بالای سر دستگاه بشینی تا لایه‌های اول درست بچسبن.
3. متریال‌های حرفه‌ای: می‌تونی از متریال‌های صنعتی مثل رزین‌های سخت یا نایلون استفاده کنی که خیلی محکم‌تر از PLAهای معمولی هستن.
4. بدون دردسر پرداخت‌کاری: قطعاتت کاملا تمیز، بدون ساپورت و آماده استفاده به دستت می‌رسه و ظاهرش شبیه محصولات شرکتی می‌شه.

چه بخوای یه پروتوتایپ برای پروژه‌ت بسازی و چه یه ربات نمایشی خفن، استفاده از خدمات پرینت حرفه‌ای بهت کمک می‌کنه تا تمام تمرکزت رو روی بخش جذاب ماجرا یعنی الکترونیک و برنامه‌نویسی بذاری.

تو این مدار ما داریم منطق 3.3 ولتی (رزبری‌پای پیکو) رو با سنسورهای 5 ولتی (مثل HC-SR04) ترکیب می‌کنیم. خیلی حواست باشه که پایه‌های سنسور اولتراسونیک رو مستقیم به پین‌های GPIO پیکو وصل نکنی، چون بردت می‌سوزه! ما برای حل این مشکل و کاهش ایمن ولتاژ، از یه ماژول مبدل سطح ولتاژ (Logic Level Shifter) استفاده می‌کنیم.

مسیردهی برق (تغذیه):

1. تمام سیم‌های زمین (GND) کل قطعات رو به هم وصل کن.
2. پایه VCC سرووها، سنسورهای PIR و اولتراسونیک رو به پین 5 ولت VBUS پیکو (یا یه خط تغذیه 5 ولت خارجی) متصل کن.
3. پایه LV مبدل ولتاژ و پایه VCC لیزرها رو به پین 3.3 ولت (3V3) برد پیکو وصل کن.

پین‌اوت انتقال دیتا (روی پین‌های GPIO پیکو):

1. سنسورهای PIR: چپ <- GP12 | مرکز <- GP13 | راست <- GP14
2. سروو موتورها: چرخش افقی (Pan) <- GP15 | چرخش عمودی (Tilt) <- GP18
3. لیزرها: بالا <- GP19 | چپ <- GP20 | راست <- GP21
4. اولتراسونیک: پین Trig <- وصل به مبدل ولتاژ <- GP17 | پین Echo <- وصل به مبدل ولتاژ <- GP16

قبل از اینکه سراغ برنامه‌نویسی بریم، باید سخت‌افزار رو کالیبره کنی. به پشت سنسورهای HC-SR501 نگاه کن؛ دو تا پتانسیومتر (پیچ تنظیم) نارنجی‌رنگ می‌بینی که باید تنظیم بشن.

1. تأخیر زمانی (پیچ سمت چپ): این پیچ رو تا انتها خلاف عقربه‌های ساعت بچرخون. این کار باعث می‌شه سنسور بعد از توقف حرکت خیلی سریع ریست بشه و ربات بتونه اهدافی که سریع حرکت می‌کنن رو راحت ردیابی کنه.
2. حساسیت (پیچ سمت راست): این پیچ رو تو حالت وسط قرار بده. این تنظیم بهت یه برد تشخیص حدود 3 تا 4 متر رو می‌ده که برای این ربات کاملا ایده‌آله.

برنامه‌ای که این ربات رو هدایت می‌کنه با زبان میکروپایتون نوشته شده. این برنامه مثل یک "ماشین حالت" (State Machine) عمل می‌کنه و سه تا فاز مجزا داره:

1. حالت نگهبان (آماده‌به‌کار): تو این حالت سرووها روی زاویه 90 درجه (دقیقا وسط) قرار دارن. برد پیکو هم با سرعت بالا خروجی سه تا سنسور PIR رو بررسی می‌کنه.
2. اسکن راداری فعال (شکار): وقتی یکی از سنسورهای PIR تحریک بشه، سر ربات سریعا به اون محدوده می‌چرخه (مثلا اگه PIR سمت چپ فعال بشه، ناحیه 10 تا 90 درجه رو اسکن می‌کنه). سرووی افقی هر بار 3 درجه می‌چرخه و سنسور اولتراسونیک پالس می‌فرسته. ربات زاویه شروع و پایان جسم رو ثبت می‌کنه و مرکز دقیق هندسیش رو محاسبه می‌کنه. بعد همین کار رو به صورت عمودی هم تکرار می‌کنه.
3. قفل روی هدف: وقتی مختصات دقیق X و Y پیدا شد، لیزرها با یه انیمیشن جذاب روشن می‌شن، سه ثانیه روی هدف قفل می‌مونن و بعد ربات دوباره شروع به بررسی محیط می‌کنه.

حالا وقتشه که کدهای میکروپایتون این پروژه رو روی بردت آپلود کنی. نرم‌افزار Thonny رو باز کن، کدهای مربوط به این ربات رو داخلش قرار بده و اون رو با اسم دقیق main.py روی حافظه رزبری‌پای پیکو W ذخیره کن. با این کار، هر بار که ربات رو به برق وصل می‌کنی، برنامه به صورت خودکار اجرا می‌شه و نیازی به کامپیوتر نداری.

وقتی برد پیکو رو به برق می‌زنی، حدود 30 تا 60 ثانیه بهش زمان بده تا سنسورهای PIR بتونن با دمای محیط کالیبره بشن. تو این مدت اصلا مستقیم جلوی ربات نایست و حرکت نکن.

وقتی راه‌اندازی تموم شد، وارد یکی از سه ناحیه دید ربات شو. می‌بینی که سر ربات بلافاصله به سمت تو می‌چرخه، یه اسکن سریع به چپ و راست انجام می‌ده تا مرکز ثقلت رو پیدا کنه و در نهایت با روشن کردن سه تا لیزر خفن، دقیقا روی هدفت قفل می‌شه!

جهش واقعی این پروژه زمانی اتفاق می‌افته که از "تشخیص حرکت" ساده به "تشخیص اشیا" برسیم. تو می‌تونی با اضافه کردن یه دوربین هوش مصنوعی (Edge AI Camera) به جای سنسورهای مادون قرمز، به رباتت یاد بدی که فرق بین انسان، حیوان خانگی یا حتی یه چهره خاص رو تشخیص بده.

برای اینکه این ربات از یه گجت نمایشی به یه سیستم دفاعی تبدیل بشه، می‌تونی به جای لیزرها از یه پرتاب‌گر مکانیکی استفاده کنی. کافیه دو تا موتور دی‌سی پرسرعت بذاری تا به محض اینکه هوش مصنوعی هدف رو تأیید کرد، تیرهای فومی به سمتش پرتاب بشن. این یه تمرین فوق‌العاده برای ترکیب بینایی ماشین و مکانیک تو پروژه‌های بعدیه.

امیدواریم از ساخت این ربات نگهبان خفن لذت برده باشی. اگه تو هم این سیستم رو ساختی یا ایده‌ای برای ارتقاش داری، حتما تو بخش نظرات برامون بنویس. منتظر پروژه‌های هیجان‌انگیز بعدی ما باش!