Robotická hlava zaměřená na světlo. Z recyklovaných a znovu použitých materiálů: 11 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Pokud se někdo ptá, zda může robotika přijít s prázdnou kapsou, možná na to dá odpověď tento instruktáž. Recyklované krokové motory ze staré tiskárny, použité pingpongové míčky, svíčky, použitá balza, drát ze starého věšáku, použitý smaltovaný drát, to byly některé z materiálů, které jsem použil na výrobu této robotické hlavy. Také jsem použil čtyři servomotory, jeden štít motoru adafruit a arduino UNO. Všechny tyto byly znovu použity z jiných projektů, které byly zachráněny! Všichni výrobci vědí, že je to nevyhnutelné, aby se ušetřily peníze.

Protože neexistuje žádný robot bez interakce s okolím, má tento tendenci se otáčet směrem k nejjasnějšímu místu v okolí. To je vyrobeno z nejlevnějších senzorů vůbec: fotobuněk. Nejsou nejdůvěryhodnější, ale jsou dostatečně důvěryhodní na to, aby vytvořili něco slušného.

Krok 1: Použité materiály

1. Arduino UNO
2. Motorový štít Adafruit V2
3. servo SG90 X 3
4. jedno servo MG995 pro otočení krku
5. krokový motor, použil jsem jeden 20 let starý, nemusí to být motor s vysokým točivým momentem
6. breadboard 400 a propojovací kabely
7. tři fotobuňky a tři odpory 1K, 1/4W
8. DC transformátor 6V pro napájení serv přes prkénko
9. 3 míčky na ping pong
10. pěnová deska
11. balzové dřevo
12. tvrdý drát
13. plastové a měděné trubky o průměru, aby se do sebe vešly, v délce 20 cm jsou více než dost
14. Dřevo 15 x 15 cm jako základ
15. dvě tuby z kuchyňského papíru
16. malé železné tyče pro protizávaží

Krok 2: Vytváření očních bulv

1. Pingpongový míček musíte rozřezat na dvě polokoule
2. Zapálením svíčky nad řezanou koulí ji můžete skutečně navoskovat. Trvá to tak mastný pohled. Nejsem umělec, ale myslím si, že to takto vypadá přirozeněji.
3. Poté musíte z balzového dřeva o tloušťce 1 cm vyrobit kotouč, který by se měl vejít do řezané koule (polokoule).
4. Nakonec vyvrtejte pouzdro (mělký otvor) pro oční čočku. Pak tam můžete dát to, co má vypadat jako oční čočka.

Krok 3: Vytvoření mechanismu pohybu očí

Hlavní myšlenkou návrhu tohoto mechanismu je, aby se oko dokázalo otáčet kolem dvou os současně. Jedna svislá a jedna vodorovná. Tyto osy otáčení by měly být nastaveny tak, aby zachycovaly střed oční koule, jinak by pohyb nemohl vypadat přirozeně. Toto zmíněné centrum je tedy umístěno ve středu balsového disku, který je přilepený na polokouli ping pongu.

Vynaložené úsilí muselo zvládnout triviální materiály, aby se to stalo. Série fotografií, které následují, ukazují cestu.

Na obrázcích vidíte bílou a kovovou trubku, které do sebe dobře zapadají. Ten bílý býval stožárem k malé vlajce a kov je měděná trubka. Vybral jsem si je, protože do sebe dobře zapadají a mají průměr jen několik mm. Skutečná velikost není důležitá. Můžete použít jakýkoli jiný, který může dělat svou práci!

Krok 4: Testování pohybů

Protože nebyl použit žádný simulační software, jediným způsobem, jak zjistit limity pohybů pocházejících ze serva, je skutečné fyzické testování. Tento způsob je na obrázcích znázorněn při otáčení očí nahoru a dolů. Nalezení limitů je nezbytné, protože rotace serva má také limity a očekávání pro pohyb očí, aby vypadal co nejpřirozeněji, stanovuje také limity.

K definování postupu souvisejícího se zobrazenými obrázky bych mohl říci:

1. spojte oko se servem pomocí drátu
2. otočte rukou páku serva tak, aby oko zaujalo krajní polohy (tam a zpět)
3. zkontrolujte polohu serva, aby bylo možné, aby oko zaujalo tyto polohy
4. udělejte (řezané nebo podobné) místo pro servo, aby zaujalo pevnou pozici
5. po pevném umístění serva znovu zkontrolujte, zda jsou ještě možné nejvyšší polohy pro oko..

Krok 5: Vytvoření očních víček

1. Změřte vzdálenost mezi skutečnými očima.
2. Naplánujte dva půlkruhy s průměrem rovným očím a nakreslete je na pěnovou desku se vzdáleností mezi středy, měřeno v kroku 1.
3. Vystřihněte, co jste nakreslili.
4. Rozřízněte pingpongový míč na čtyři.
5. Každý nařezaný kousek pingpongového míčku přilepte na jeden ze dvou právě řezaných půlkruhů.
6. Odřízněte malé kousky trubek, jak je vidět na poslední fotografii, a slepte je tak, aby se seřadily. Požadovanou koncovku najdete na poslední fotografii

Krok 6: Konečný pohled na mechanismy očí a očních víček

Existují zjevné nepřesnosti, ale vzhledem k extrémně nízkým nákladům a „měkkým“materiálům, které jsem použil, se mi výsledek zdá uspokojivý!

Na fotografii je vidět, že servo, které otáčí víčka, ve skutečnosti provede pohyb jedním směrem a nechá práci na jaře pro druhý!

Krok 7: Výroba mechanismu krku

Hlava by měla být schopná otáčet se doleva nebo doprava, řekněme 90 stupňů v obou směrech a také nahoru a dolů ne tolik jako horizontální rotace, řekněme 30 stupňů nahoru a dolů.

Použil jsem stepper, který otáčí hlavou vodorovně. Malý kousek lepenky slouží jako platforma s nízkým třením pro mechanismus, jako je pižmo (obličej). První obrázek ukazuje mechaniku. Stepper prodlužuje horizontální rotaci poté, co horizontální rotace očí dosáhne svého horního levého nebo pravého limitu. Pak je zde také limit pro následnou rotaci stepperů.

Pro rotaci hlavy nahoru a dolů jsem použil servo, jak je vidět na druhém obrázku. Rameno serva funguje jako strana pružného rovnoběžníku, kde paralelní strana k tomu slouží jako základna pro stepper. Když se tedy servo otočí, základna stepperu se otočí stejně. Další dvě strany rovnoběžníku jsou dva kusy pevného kabelu, které mají svislý směr a zůstávají rovnoběžné jeden s druhým při pohybu nahoru a dolů.

Krok 8: Mechanismus krku 2. řešení

V tomto kroku vidíte další možné řešení otočení hlavy horizontálně a vertikálně. Jeden krokový krokovač provádí horizontální rotaci a druhý vertikální. Aby se to stalo, steppery by měly být nalepeny, jak je vidět na obrázcích. Na horní část horního stepperu by měl být upevněn oční mechanismus s pižmem.

Jako nevýhodu tohoto přístupu bych mohl ukázat způsob, jakým je spodní stepper fixován na dřevěnou svislou rovinu. To by po určitém použití mohlo být nestabilní.

Krok 9: Vytvoření systému senzorů polohy zdroje světla

K umístění zdroje světla ve třech rozměrech potřebujete alespoň tři světelné senzory. V tomto případě tři LDR.

Dva z nich (umístěný ve stejné vodorovné linii ke spodní části hlavy) by měli být schopni horizontálně rozlišit rozdíl hustoty světelné energie a třetí (umístěný v horní části hlavy) by nám měl ukázat ve srovnání s průměrné měření dvou nižších rozdílu hustoty světelné energie ve svislém směru.

Doprovodný soubor pdf vám ukazuje způsob, jak najít nejlepší sklon trubek (brček) obsahujících LDR, aby se do zdroje světla přenesly důvěryhodnější informace o umístění.

S daným kódem můžete testovat světelné čidlo pomocí tří LDR. Každý LDR aktivuje odpovídající LED, která se lineárně rozsvítí ve vztahu k přicházejícímu množství světelné energie.

Pro ty, kteří chtějí sofistikovanější řešení, dávám fotografii experimentálního zařízení, které ukazuje, jak najít nejlepší sklon (úhel φ) pro trubice LDR tak, aby pro stejný úhel θ dopadajícího světla byl nejvyšší rozdíl Měření LDR. Zahrnul jsem plán vysvětlení úhlů. Myslím, že to není to pravé místo pro více vědeckých informací. V důsledku toho jsem přišel na sklon 30 stupňů (45 je však lepší)!

Krok 10: A několik tipů pro … elektroniku

Díky 4 servům je nelze napájet přímo z arduina. Napájil jsem je tedy z externího zdroje (použil jsem triviální transformátor) na 6V.

Stepper byl poháněn a řízen pomocí Adafruit Motorshield V2.

Fotobuňka byla ovládána z arduino uno. Přiložený pdf k tomu obsahuje více než dost informací. V obvodu LDR jsem použil 1K odpory.

Krok 11: Několik slov pro kodex

Architektura kódu má jako strategii, že rutina void loop obsahuje pouze několik řádků a existuje několik rutin, pro každý úkol jeden.

Než něco udělá, hlava zaujme výchozí polohu a čeká. Počáteční poloha znamená zavřená víčka, oči hledící přímo pod víčka a svislá osa hlavy je kolmá na vodorovnou rovinu nosné základny.

Nejprve by se měl robot probudit. Zatímco se však stylizuje, přijímá světelná měření čekající na náhlé a velké zvýšení (můžete se rozhodnout, jak moc), aby se mohl začít hýbat.

Poté otočí oči nejprve správným směrem, a pokud nemohou dosáhnout nejjasnějšího bodu, hlava se začne pohybovat. Každá rotace, která pochází z fyzických limitů mechanismů, má své omezení. Takže jiná konstrukce může mít další omezení v závislosti na mechanice konstrukcí (geometrie).

Další tip souvisí s reakční rychlostí robota. Na videu je robot záměrně pomalý. Můžete to snadno urychlit deaktivací zpoždění (500); který je umístěn do prázdné smyčky () kódu!

Hodně štěstí při výrobě!