Robotyczna głowa skierowana na światło. Z materiałów pochodzących z recyklingu i ponownie wykorzystanych: 11 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Jeśli ktoś zastanawia się, czy robotyka może przyjść z pustą kieszenią, może ta instruktaż może dać odpowiedź. Recyklingowe silniki krokowe ze starej drukarki, zużyte piłki pingpongowe, świece, zużyta balsa, drut ze starego wieszaka, zużyty drut emaliowany to tylko niektóre z materiałów, których użyłem do wykonania tej robotycznej głowicy. Użyłem również czterech serwosilników, jednej osłony silnika adafruit i arduino UNO. Wszystko to zostało ponownie wykorzystane z innych projektów, które zostały zniszczone! Wszyscy twórcy wiedzą, że jest to nieuniknione, aby zaoszczędzić pieniądze.

Ponieważ nie ma robota bez interakcji z otoczeniem, ten ma tendencję do odwracania się i patrzenia w najjaśniejsze miejsce wokół. Składa się on z najtańszych czujników w historii: fotokomórek. Nie są najbardziej godni zaufania, ale są wystarczająco godni zaufania, aby zrobić coś przyzwoitego.

Krok 1: Użyte materiały

1. Arduino UNO
2. Osłona silnika Adafruit V2
3. serwo SG90 X 3
4. jedno serwo MG995 do obracania szyi
5. silnik krokowy, używałem jednego 20-letniego, nie musi to być silnik o wysokim momencie obrotowym
6. płytka stykowa 400 i kable rozruchowe
7. trzy fotokomórki i trzy rezystory 1K, 1/4W
8. Transformator DC 6V do zasilania serw przez płytkę stykową
9. 3 piłki do ping-ponga
10. Płyta z pianki
11. drzewo balsa
12. twardy drut
13. rurka plastikowa i miedziana o średnicy tak, aby pasowały do siebie, o długości 20cm w zupełności wystarczają
14. Drewno 15X15 cm jako podstawa
15. dwie tekturowe tuby z papieru kuchennego
16. małe żelazne pręty do przeciwwagi

Krok 2: Tworzenie gałek ocznych

1. Musisz przeciąć piłeczkę pingpongową na dwie półkule
2. Zapalając świeczkę nad wyciętą kulką, można ją właściwie woskować. Nabiera w ten sposób tłustego wyglądu. Nie jestem artystą, ale myślę, że w ten sposób wygląda to bardziej naturalnie.
3. Następnie należy wykonać krążek z balsy o grubości 1 cm, który powinien zmieścić się w wyciętej kuli (półkuli).
4. Na koniec wywierć skrzynkę (płytki otwór) na soczewkę oka. Następnie można tam umieścić to, co ma wyglądać jak soczewka oka.

Krok 3: Wykonywanie mechanizmu ruchu gałek ocznych

Główną ideą przy projektowaniu tego mechanizmu jest to, aby oko mogło obracać się jednocześnie wokół dwóch osi. Jedna pionowa i jedna pozioma. Te osie obrotu powinny być ustawione tak, aby przecinały się ze środkiem gałki ocznej, inaczej ruch nie mógłby wyglądać naturalnie. Tak więc wspomniane centrum znajduje się w środku krążka balsy, który jest przyklejony do półkuli ping-ponga.

Włożony wysiłek, aby tak się stało, musiałem zarządzać trywialnymi materiałami. Kolejne zdjęcia pokazują drogę.

Na zdjęciach widać białą i metalową rurkę, które dobrze pasują do siebie. Biała była kiedyś słupkiem do małej flagi, a metalowa to miedziana rurka. Wybrałem je, ponieważ dobrze pasują jeden do drugiego i mają tylko kilka milimetrów średnicy. Rzeczywisty rozmiar nie jest ważny. Możesz użyć dowolnego innego, który może wykonać tę pracę!

Krok 4: Testowanie ruchów

Ponieważ nie używano żadnego oprogramowania symulacyjnego, jedynym sposobem na znalezienie ograniczeń ruchów, które pochodziły z serw, są rzeczywiste testy fizyczne. W ten sposób pokazano na zdjęciach skręt oczu w górę iw dół. Znalezienie granic jest konieczne, ponieważ rotacja serwomechanizmów również ma swoje ograniczenia, a oczekiwania dotyczące ruchu gałek ocznych, aby wyglądały jak najbardziej naturalnie.

Aby zdefiniować procedurę związaną z pokazanymi zdjęciami, mógłbym powiedzieć:

1. połącz oko z serwo przewodem
2. obrócić ręką dźwignię serwomechanizmu tak, aby oko zajęło maksymalne pozycje (w przód i w tył)
3. sprawdź pozycję serwa, aby oko mogło zająć te pozycje
4. zrób (wytnij lub podobne) miejsce, w którym serwo będzie miało stabilną pozycję
5. po dokładnym ustawieniu serwa sprawdź ponownie, czy maksymalne pozycje dla oka są nadal możliwe.

Krok 5: Tworzenie powiek

1. Zmierz odległość między rzeczywistymi oczami.
2. Zaplanuj dwa półokręgi o średnicy równej oczom i narysuj je na płycie piankowej z odległością między środkami zmierzoną w kroku 1.
3. Wytnij to, co narysowałeś.
4. Przetnij piłkę do ping ponga na cztery części.
5. Przyklej każdy wycięty kawałek piłki pingpongowej do jednego z dwóch właśnie wyciętych półokręgów.
6. Wytnij małe kawałki rurek, jak widać na ostatnim zdjęciu i przyklej je tak, aby się ułożyły. Zobacz ostatnie zdjęcie dla pożądanego elementu końcowego

Krok 6: Ostateczny widok mechanizmów oczu i powiek

Jest kilka oczywistych nieścisłości, ale biorąc pod uwagę wyjątkowo niski koszt i „miękkie” materiały, których użyłem, wynik wydaje mi się zadowalający!

Na zdjęciu widać, że serwo obracające powieki faktycznie porusza się w jednym kierunku, a pracę zostawia sprężynie w drugim!

Krok 7: Tworzenie mechanizmu szyi

Głowa powinna być w stanie obracać się w lewo lub w prawo, powiedzmy o 90 stopni w dowolnym kierunku, a także w górę iw dół, nie tyle co obrót poziomy, powiedzmy o 30 stopni w górę iw dół.

Użyłem steppera, który obraca głowę w poziomie. Mały kawałek tektury służy jako platforma o niskim współczynniku tarcia dla mechanizmu, takiego jak piżmo (twarz). Pierwsze zdjęcie przedstawia mechanikę. Stepper rozszerza obrót poziomy po tym, jak obrót oka w poziomie osiągnie swoją górną lewą lub prawą granicę. W takim przypadku istnieje również limit dla następujących rotacji stepperów.

Do obracania głowic w górę iw dół użyłem serwa, jak widać na drugim zdjęciu. Ramię serwomechanizmu działa jak bok elastycznego równoległoboku, gdzie równoległy do niego bok działa jako podstawa dla steppera. Więc kiedy serwo obraca się, podstawa steppera obraca się równo. Pozostałe dwie strony tego równoległoboku to dwa kawałki twardego kabla, które mają kierunek pionowy i pozostają równoległe do siebie podczas poruszania się w górę iw dół.

Krok 8: Drugie rozwiązanie mechanizmu szyi

W tym kroku możesz zobaczyć inne możliwe rozwiązanie obracania głowy w poziomie i pionie. Jeden krokowy wykonuje rotację poziomą, a drugi pionową. Aby tak się stało, steppery należy skleić tak, jak widać na zdjęciach. Na wierzchu górnego steppera należy przymocować mechanizm oka piżmem.

Jako wadę takiego podejścia mógłbym wskazać sposób mocowania dolnego steppera na drewnianej płaszczyźnie pionowej. Może to po pewnym czasie stać się niestabilne.

Krok 9: Tworzenie systemu czujników lokalizacji źródła światła

Aby zlokalizować źródło światła w trzech wymiarach, potrzebujesz co najmniej trzech czujników światła. W tym przypadku trzy LDR-y.

Dwie z nich (umieszczone na tej samej poziomej linii do dolnej części głowy) powinny być w stanie określić poziomo różnicę gęstości energii światła, a trzecia (umieszczona w górnej części głowy) powinna nam pokazać w porównaniu do średni pomiar dwóch niższych różnicy gęstości energii światła w pionie.

Załączony plik pdf pokazuje, jak znaleźć najlepsze nachylenie rurek (słomek) zawierających LDR, aby przenieść bardziej wiarygodne informacje o lokalizacji do źródła światła.

Za pomocą podanego kodu możesz przetestować wykrywanie światła za pomocą trzech LDR-ów. Każdy LDR aktywuje odpowiednią diodę LED, która świeci liniowo w zależności od przychodzącej ilości energii świetlnej.

Dla tych, którzy chcą bardziej wyrafinowanych rozwiązań podaję zdjęcie eksperymentalnego urządzenia, które pokazuje, jak znaleźć najlepsze nachylenie (kąt φ) dla lamp LDR, aby przy tym samym kącie θ padającego światła uzyskać największą różnicę w Pomiary LDR. Dołączyłem plan wyjaśnienia kątów. Myślę, że to nie jest właściwe miejsce na więcej informacji naukowych. W rezultacie doszedłem do zastosowania nachylenia 30 stopni (choć 45 jest lepsze)!

Krok 10: I kilka wskazówek dla… elektroniki

Posiadanie 4 serwomechanizmów uniemożliwia ich zasilanie bezpośrednio z arduino. Zasilałem je więc z zewnętrznego zasilacza (użyłem banalnego transformatora) 6V.

Stepper był zasilany i sterowany przez Adafruit Motorshield V2.

Fotokomórka była sterowana z arduino uno. Załączony plik PDF zawiera więcej niż wystarczająco informacji. W obwodzie LDR zastosowałem rezystory 1K.

Krok 11: Kilka słów na kod

Architektura kodu ma jako strategię, że procedura void loop zawiera tylko kilka linii i jest kilka procedur, po jednej dla każdego zadania.

Przed zrobieniem czegokolwiek głowa zajmuje pozycję wyjściową i czeka. Pozycja wyjściowa oznacza zamknięte powieki, oczy skierowane na wprost pod powieki, a pionowa oś głowy jest prostopadła do poziomej płaszczyzny podstawy podparcia.

Najpierw robot powinien się obudzić. Czyli stojąc nadal, otrzymuje pomiary światła czekając na nagły i duży wzrost (możesz zdecydować o ile), aby zacząć się ruszać.

Następnie najpierw zwraca oczy we właściwym kierunku i jeśli nie mogą dotrzeć do najjaśniejszego punktu, głowa zaczyna się poruszać. Każdy obrót ma swój limit, który wynika z fizycznych ograniczeń mechanizmów. Tak więc inna konstrukcja może mieć inne ograniczenia w zależności od mechaniki konstrukcji (geometrii).

Dodatkowa wskazówka dotyczy szybkości reakcji robota. Na filmie robot jest celowo powolny. Możesz to łatwo przyspieszyć, dezaktywując opóźnienie (500); który jest umieszczony w void loop() kodu!

Powodzenia w robieniu!