Ρομποτικό κεφάλι κατευθυνόμενο στο φως. Από ανακυκλωμένα και επαναχρησιμοποιημένα υλικά: 11 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Αν κάποιος αναρωτιέται αν η ρομποτική μπορεί να έρθει μαζί με μια άδεια τσέπη, ίσως αυτό το διδακτικό μπορεί να δώσει μια απάντηση. Ανακυκλωμένα βηματικά μοτέρ από έναν παλιό εκτυπωτή, χρησιμοποιημένες μπάλες πινγκ πονγκ, κεριά, χρησιμοποιημένη μπάλσα, σύρμα από μια παλιά κρεμάστρα, χρησιμοποιημένο εμαγιέ σύρμα ήταν μερικά από τα υλικά που έχω χρησιμοποιήσει για να φτιάξω αυτό το ρομποτικό κεφάλι. Έχω χρησιμοποιήσει επίσης τέσσερις σερβοκινητήρες, μία ασπίδα κινητήρα adafruit και ένα arduino UNO. Όλα αυτά επαναχρησιμοποιήθηκαν από άλλα έργα, τα οποία αγρίεψαν! Όλοι οι κατασκευαστές γνωρίζουν ότι αυτό είναι αναπόφευκτο για να εξοικονομήσετε χρήματα.

Δεδομένου ότι δεν υπάρχει ρομπότ χωρίς αλληλεπίδραση με το περιβάλλον, αυτό τείνει να στραφεί και να κοιτάξει προς το πιο φωτεινό σημείο γύρω. Αυτό είναι φτιαγμένο από τους φθηνότερους αισθητήρες ποτέ: τα φωτοκύτταρα. Δεν είναι οι πιο αξιόπιστοι αλλά είναι αρκετά αξιόπιστοι για να κάνουν κάτι αξιοπρεπές.

Βήμα 1: Υλικά που χρησιμοποιούνται

1. Arduino UNO
2. Ασπίδα κινητήρα Adafruit V2
3. σερβο SG90 X 3
4. ένα σερβο MG995 για περιστροφή του λαιμού
5. stepper μοτέρ, έχω χρησιμοποιήσει ένα 20 ετών, δεν χρειάζεται να είναι κινητήρας υψηλής ροπής
6. breadboard 400 και καλώδια jumper
7. τρία φωτοκύτταρα και τρεις αντιστάσεις 1Κ, 1/4W
8. Μετασχηματιστής συνεχούς ρεύματος 6V για την τροφοδοσία των σερβιτόρων μέσω της σανίδας
9. 3 μπάλες πινγκ πονγκ
10. αφρώδες χαρτόνι
11. ξύλο balsa
12. σκληρό σύρμα
13. πλαστικός και χάλκινος σωλήνας με διάμετρο έτσι ώστε να χωράει ο ένας στον άλλο, σε μήκος 20cm είναι υπεραρκετοί
14. 15X15cm ξύλο ως βάση
15. δύο σωλήνες χαρτονιού από χαρτί κουζίνας
16. μικρές σιδερένιες ράβδοι για αντίβαρο

Βήμα 2: Φτιάχνοντας τα μάτια

1. Πρέπει να κόψετε μια μπάλα πινγκ πονγκ σε δύο ημισφαίρια
2. Ανάβοντας ένα κερί πάνω από την κομμένη μπάλα, μπορείτε πραγματικά να το κερώσετε. Παίρνει με αυτόν τον τρόπο μια λιπαρή εμφάνιση. Δεν είμαι καλλιτέχνης αλλά νομίζω ότι φαίνεται πιο φυσικό έτσι.
3. Στη συνέχεια, πρέπει να φτιάξετε ένα δίσκο από ξύλο μπάλσας πάχους 1 εκ., Ο οποίος θα πρέπει να χωράει στην κομμένη μπάλα (ημισφαίριο).
4. Στο τέλος τρυπήστε μια θήκη (μια ρηχή τρύπα) για τον φακό των ματιών. Στη συνέχεια, μπορείτε να βάλετε εκεί, αυτό που υποτίθεται ότι μοιάζει με φακό ματιών.

Βήμα 3: Κάνοντας τον μηχανισμό κίνησης των ματιών

Η κύρια ιδέα για τον σχεδιασμό αυτού του μηχανισμού είναι ότι το μάτι πρέπει να μπορεί να περιστρέφεται ταυτόχρονα γύρω από δύο άξονες. Ένα κάθετο και ένα οριζόντιο. Αυτοί οι άξονες περιστροφής πρέπει να ρυθμιστούν έτσι ώστε να αναχαιτίζονται στο κέντρο της μπάλας του ματιού, διαφορετικά η κίνηση δεν θα μπορούσε να φαίνεται φυσική. Αυτό λοιπόν το κέντρο που αναφέρεται τοποθετείται στο κέντρο του δίσκου balsa που είναι κολλημένο στο ημισφαίριο του πινγκ πονγκ.

Η προσπάθεια που έγινε, έπρεπε να διαχειριστεί ασήμαντα υλικά για να συμβεί αυτό. Η σειρά φωτογραφιών που ακολουθεί δείχνει τον δρόμο.

Στις εικόνες μπορείτε να δείτε έναν λευκό και έναν μεταλλικό σωλήνα, που ταιριάζουν καλά το ένα στο άλλο. Το λευκό ήταν ένας πόλος σε μια μικρή σημαία και το μέταλλο ήταν ένας χάλκινος σωλήνας. Τα επέλεξα γιατί ταιριάζουν καλά το ένα στο άλλο και έχουν διάμετρο μόνο μερικά mm. Το πραγματικό μέγεθος δεν είναι σημαντικό. Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε άλλο που μπορεί να κάνει τη δουλειά!

Βήμα 4: Δοκιμή των κινήσεων

Δεδομένου ότι δεν χρησιμοποιήθηκε κανένα λογισμικό προσομοίωσης, ο μόνος τρόπος για να βρεθούν τα όρια των κινήσεων που προήλθαν από τα servos είναι οι πραγματικές φυσικές δοκιμές. Αυτός ο τρόπος φαίνεται στις εικόνες για πάνω και κάτω στροφή των ματιών. Η εύρεση των ορίων είναι απαραίτητη, καθώς η περιστροφή των servos έχει επίσης όρια και προσδοκίες για την κίνηση των ματιών, ώστε να φαίνονται όσο το δυνατόν πιο φυσιολογικά, τα σύνολα επίσης περιορίζουν.

Για να ορίσω μια διαδικασία, που σχετίζεται με τις εικόνες που εμφανίζονται, θα μπορούσα να πω:

1. συνδέστε το μάτι με το σερβο με ένα καλώδιο
2. γυρίστε με το χέρι σας το μοχλό σερβο, έτσι ώστε το μάτι να πάρει τις μέγιστες θέσεις του (μπρος -πίσω)
3. ελέγξτε τη θέση του σερβο για να μπορέσει το μάτι να πάρει αυτές τις θέσεις
4. κάντε (κομμένο ή παρόμοιο) το μέρος για να πάρει το σερβο σταθερή θέση
5. αφού τοποθετήσετε το σερβο, ελέγξτε ξανά σταθερά εάν οι μέγιστες θέσεις για το μάτι είναι ακόμα δυνατές.

Βήμα 5: Κατασκευή των βλεφάρων

1. Μετρήστε την απόσταση μεταξύ των πραγματικών ματιών.
2. Σχεδιάστε δύο ημικύκλια με διάμετρο ίση με τα μάτια και σχεδιάστε τα σε ένα αφρώδες υλικό με απόσταση μεταξύ των κέντρων, όπως μετρήθηκε στο βήμα 1.
3. Κόψτε αυτό που σχεδιάσατε.
4. Κόψτε μια μπάλα πινγκ πονγκ στα τέσσερα.
5. Κολλήστε κάθε κομμένο κομμάτι μπάλας πινγκ πονγκ σε έναν από τους δύο μόλις κομμένους ημικύκλους.
6. Κόψτε μικρά κομμάτια σωλήνων όπως φαίνεται στην τελευταία φωτογραφία και κολλήστε τα έτσι ώστε να ευθυγραμμιστούν. Δείτε την τελευταία φωτογραφία για το επιθυμητό τελικό κομμάτι

Βήμα 6: Τελική προβολή για μηχανισμούς ματιών και βλεφάρων

Υπάρχουν κάποιες προφανείς ανακρίβειες αλλά λαμβάνοντας υπόψη το εξαιρετικά χαμηλό κόστος και τα "μαλακά" υλικά που χρησιμοποίησα το αποτέλεσμα μου φαίνεται ικανοποιητικό!

Στη φωτογραφία φαίνεται ότι το σερβο που γυρίζει τα βλέφαρα κάνει την κίνηση προς τη μία κατεύθυνση και αφήνει το έργο σε ένα ελατήριο για την άλλη!

Βήμα 7: Δημιουργία μηχανισμού λαιμού

Το κεφάλι πρέπει να είναι σε θέση να στρίψει αριστερά ή δεξιά, ας πούμε 90 βαθμούς προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και επίσης πάνω και κάτω όχι τόσο πολύ όσο η οριζόντια περιστροφή, ας πούμε 30 βαθμούς πάνω και κάτω.

Έχω χρησιμοποιήσει ένα βηματικό που περιστρέφει το κεφάλι οριζόντια. Ένα μικρό κομμάτι χαρτόνι χρησιμεύει ως πλατφόρμα χαμηλής τριβής για τον μηχανισμό όπως ο μόσχος (πρόσωπο). Η πρώτη εικόνα δείχνει τη μηχανική. Το stepper επεκτείνει την οριζόντια περιστροφή αφού η οριζόντια περιστροφή των ματιών φτάσει στο άνω αριστερό ή δεξί όριο. Στη συνέχεια, υπάρχει επίσης ένα όριο για την επόμενη περιστροφή των βημάτων.

Για την περιστροφή των κεφαλών πάνω και κάτω, χρησιμοποίησα ένα σερβο, όπως φαίνεται στη δεύτερη εικόνα. Ο βραχίονας του σερβο λειτουργεί ως πλευρά εύκαμπτου παραλληλογράμμου, όπου η παράλληλη πλευρά με αυτό, λειτουργεί ως βάση για το βήμα. Έτσι όταν γυρίζει το σερβο, η βάση του βηματισμού γυρίζει εξίσου. Οι άλλες δύο πλευρές αυτού του παραλληλογράμμου είναι δύο κομμάτια σκληρού καλωδίου που έχουν κάθετη κατεύθυνση και παραμένουν παράλληλα μεταξύ τους ενώ κινούνται πάνω και κάτω.

Βήμα 8: Μηχανισμός λαιμού 2η λύση

Σε αυτό το βήμα μπορείτε να δείτε μια άλλη πιθανή λύση για να γυρίσετε το κεφάλι οριζόντια και κάθετα. Το βήμα βήμα κάνει την οριζόντια περιστροφή και το δεύτερο την κάθετη. Για να συμβεί αυτό, τα σκαλοπάτια πρέπει να κολληθούν όπως φαίνεται στις εικόνες. Στην κορυφή του πάνω βηματικού πρέπει να στερεωθεί ο μηχανισμός των ματιών με το μόσχο.

Ως μειονέκτημα αυτής της προσέγγισης θα μπορούσα να επισημάνω τον τρόπο με τον οποίο το χαμηλότερο βήμα είναι στερεωμένο σε ξύλινο κατακόρυφο επίπεδο. Αυτό μπορεί μετά από κάποια χρήση να γίνει ασταθές.

Βήμα 9: Δημιουργία συστήματος αισθητήρων τοποθεσίας πηγής φωτός

Για να εντοπίσετε μια πηγή φωτός σε τρεις διαστάσεις χρειάζεστε τουλάχιστον τρεις αισθητήρες φωτός. Τρία LDR σε αυτή την περίπτωση.

Δύο από αυτά (τοποθετημένα στην ίδια οριζόντια γραμμή στο κάτω μέρος της κεφαλής) θα πρέπει να είναι σε θέση να διακρίνουν τη διαφορά πυκνότητας ενέργειας φωτός οριζόντια και το τρίτο (τοποθετημένο στο πάνω μέρος της κεφαλής) θα πρέπει να μας δείξει σε σύγκριση με το μέση μέτρηση των δύο χαμηλότερων της διαφοράς πυκνότητας ενέργειας φωτός κάθετα.

Το συνοδευτικό αρχείο pdf σας δείχνει τον τρόπο για να βρείτε την καλύτερη κλίση των σωλήνων (καλαμάκια) που περιέχουν τα LDR, προκειμένου να μεταφέρετε τις πιο αξιόπιστες πληροφορίες για τη θέση στην πηγή φωτός.

Με τον δεδομένο κωδικό μπορείτε να δοκιμάσετε την ανίχνευση φωτός με τρία LDR. Κάθε LDR ενεργοποιεί ένα αντίστοιχο LED που ανάβει γραμμικά σε σχέση με την εισερχόμενη ποσότητα φωτεινής ενέργειας.

Για όσους θέλουν πιο εξελιγμένες λύσεις, δίνω μια φωτογραφία μιας πειραματικής συσκευής που δείχνει πώς να βρείτε την καλύτερη κλίση (γωνία φ) για τους σωλήνες LDR, έτσι ώστε για την ίδια γωνία θ του εισερχόμενου φωτός να έχετε τη μεγαλύτερη διαφορά Μετρήσεις LDR. Έχω συμπεριλάβει ένα σχέδιο για να εξηγήσω τις γωνίες. Νομίζω ότι αυτό δεν είναι το κατάλληλο μέρος για περισσότερες επιστημονικές πληροφορίες. Ως αποτέλεσμα, ήρθα να χρησιμοποιήσω μια κλίση 30degs (τα 45 είναι καλύτερα όμως)!

Βήμα 10: Και μερικές συμβουλές για … Ηλεκτρονικά

Έχοντας 4 σερβίς καθιστά αδύνατη την τροφοδοσία τους απευθείας από το arduino. Τα τροφοδοτούσα λοιπόν από εξωτερικό τροφοδοτικό (χρησιμοποίησα ασήμαντο μετασχηματιστή) με 6V.

Το stepper τροφοδοτήθηκε και ελέγχθηκε μέσω του Adafruit Motorshield V2.

Το φωτοκύτταρο ελέγχθηκε από το arduino uno. Το συνημμένο pdf περιλαμβάνει περισσότερες από αρκετές πληροφορίες για αυτό. Στο κύκλωμα LDR έχω χρησιμοποιήσει αντιστάσεις 1Κ.

Βήμα 11: Λίγα λόγια για τον κώδικα

Η αρχιτεκτονική κώδικα έχει ως στρατηγική ότι η ρουτίνα του κενού βρόχου περιέχει μόνο μερικές γραμμές και υπάρχουν μερικές ρουτίνες, μία για κάθε εργασία.

Πριν κάνει οτιδήποτε, το κεφάλι παίρνει την αρχική του θέση και περιμένει. Η αρχική θέση σημαίνει τα βλέφαρα κλειστά, τα μάτια κοιτάζουν ευθεία κάτω από τα βλέφαρα και ο κάθετος άξονας του κεφαλιού είναι κάθετος στο οριζόντιο επίπεδο της βάσης στήριξης.

Πρώτα το ρομπότ πρέπει να ξυπνήσει. Έτσι, ενώ μένει ακίνητος, λαμβάνει μετρήσεις φωτός περιμένοντας μια ξαφνική και μεγάλη αύξηση (μπορείτε να αποφασίσετε πόσο) για να ξεκινήσετε να κινείστε.

Στη συνέχεια, γυρίζει πρώτα τα μάτια προς τη σωστή κατεύθυνση και αν δεν μπορούν να φτάσουν στο πιο φωτεινό σημείο, το κεφάλι αρχίζει να κινείται. Υπάρχει ένα όριο σε κάθε περιστροφή που προέρχεται από τα φυσικά όρια των μηχανισμών. Άρα μια άλλη κατασκευή μπορεί να έχει άλλα όρια ανάλογα με τις κατασκευές (γεωμετρία) μηχανική.

Ένα επιπλέον tip έχει να κάνει με την ταχύτητα αντίδρασης του ρομπότ. Στο βίντεο το ρομπότ είναι σκόπιμα αργό. Μπορείτε να το επιταχύνετε εύκολα απενεργοποιώντας μια καθυστέρηση (500). που τοποθετείται στον κενό βρόχο () του κώδικα!

Καλή τύχη στην κατασκευή!