Postavte mluvící robotickou hlavu poháněnou Arduinem!: 26 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:25

Tato robotická hlava byla původně postavena jako projekt na konci roku pro moji fyzickou výpočetní třídu, ale přes léto se „naučila“mluvit. Hlava je poháněna dvěma Freeduinos, 3 čipy TLC5940NT a vlnovým štítem Adafruit Industries, který najdete zde: www.ladyada.net/make/waveshield/. Hlava je aktuálně připojena k počítači dvěma USB kabely, jedním pro napájení, druhým pro odesílání sériových příkazů o tom, co říct/emotovat. Jakmile hlava obdrží zadané příkazy o tom, co říct/emotovat, přehraje jednotlivé soubory slov a vytvoří větu nebo více vět. Mění také své emoce podle emočních příkazů odesílaných z počítače. Tato robotická hlava je základem pro mnoho možných aplikací, protože může říci cokoli, pro co má slovní zásobu. Právě teď v současné době pracuji na jeho připojení k internetu a na kontrole a čtení mého e -mailu pomocí skriptu PHP. Jak budu postupovat, budu tento Instructable aktualizovat. Zde je video z akce: Hlava je stále probíhajícím projektem, takže jakékoli komentáře k čemukoli zde jsou více než vítány! Zvláštní poděkování Liz Arumové, že mi se vším pomohla! Aktualizace: Kvůli oblíbené žádosti jsem nyní přidal video robota, který mluví a vyjadřuje se! Užijte si volný čas!

Krok 1: Sestavte všechny materiály/části/elektroniku

Tato robotická hlava používá: 1 Breadboard (Musí být více než 48 řad dlouhý s mezerou procházející středem desky pro připojení IC čipů. Napájení a zemní sběrnice vedená po boku prkénka jsou také nezbytností.) 2 RGB LED diody (pro vícebarevné oči) Společná anoda. 1,50 - 1,95 $ za kus. 2 X 1,75 $ = 3,5036 $ Red Leds (pro ústa) někde kolem cenového rozpětí 40–50 centů pro každého. 36 X $ 0,45 = 16,202 $ Micro Servos HXT900 (Pro pohyb obočím) Najdete na: https://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=662 2 X 3,65 $ = 7,303 $ TLC5940NT (do řídit/rozsvítit všechny LEDky a ovládat serva) najdete na Digi-key https://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=296-17732-5-ND, kde jsou ceny za 4,28 $. 3 X 4,28 $ = 12,84 $ nebo Mouser https://www.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/TLC5940NT/?qs=sGAEpiMZZMu8%252bGBKj8XSFEjwsgnt5grMZ49G/W4nR14%3d3 Capacitors (~ 1000uf) serva) Zachráněno ze starého napájecího zdroje počítače. Free2 Original Freeduinos nebo Arduinos. Freeduinos lze zakoupit na adrese https://www.freeduino.org/buy.html Jejich cena je 23,99 kusu za kus. 2 X 23,99 $ = 47,98 $ Nebo www.sparkfun.com/commerce/product_info.php pro Arduinos. Cena 29,95 USD za kus. 2 X 29,95 $ = 59,90 $. Varování: Freeduinos vyžadují určité znalosti o pájení, pokud si nepřejete pájet desky, kupte si Arduino. Varování: Tento Instructable přesto vyžaduje určité znalosti o pájení, tak proč nezačít hned?:) 1 Waveshield od společnosti Adafruit Industries (Aby robot mohl mluvit) Lze zakoupit na adrese: https://www.ladyada.net/make/waveshield/ Cena po 22 USD. Odhadované celkové náklady na všechny díly špičkové technologie (bez doprava), pokud jste místo Arduinos koupili Freeduinos, je…. 109,82 $! Celkové náklady na všechny díly špičkové technologie, pokud jste místo Freeduinos koupili Arduinos, jsou…. A co se týče low-tech materiálů, které budete potřebovat: Kartonová krabice stejné velikosti, jakou byste chtěli mít v hlavě. Malý kousek lepenky TapeGlueBreadboard kompatibilní drát (rozchod 22, pevný) Drát pro upevnění věcí k jiným věcem Malý blok Elektrická vrtačka. Tepelné smršťovací bužírky k izolaci odkrytých vodičů a něčeho, co vhání horký vzduch, aby se zmenšilo, pomocí (horkovzdušné pistole) Box cutter.

Krok 2: Sestavte a pájte všechny obvody a štíty

Pájejte Freeduinos (jako já), nebo tuto řádku ignorujte, pokud jste si koupili Arduino. Zde je odkaz na jejich montážní pokyny pro všechny lidi, kteří si koupili Freeduinos: mcukits.com/2009/03/12/assembling-the-freeduino-board-kit/Solder the Waveshields. Lady Ada má na svých webových stránkách https://www.ladyada.net/make/waveshield/solder.html velmi dobrý návod, jak to udělat. Přidejte dlouhý vodič připájený na odpor R7 na straně nejblíže čipu zesilovače. Toto bude připojeno k analogovému vstupu 1 na Freeduinu, který ovládá LED diody hlavy robota. (Zatím si nedělejte starosti s tím, kam zapojit druhý konec drátu, to bude podrobně vysvětleno později.) Na obrázku najdete vysvětlení, kam vodič připájet.

Krok 3: Navrhněte robotickou hlavu

Vezměte si kartonovou krabici, kterou jste si vybrali jako hlavu, a vyznačte si místa, která byste chtěli vystřihnout pro oči a ústa, ořezáním kousků papíru a jejich položením na krabici. Když jste s uspořádáním spokojeni, můžete přejít na řezání věcí.

Krok 4: Navrhněte hlavu robota: Vyřízněte oči

Nalepte nebo označte dílky na jejich konečné pozice na krabici a vystřihněte je. (Kus papíru, který jste použili k reprezentaci úst, si uschovejte, budete ho potřebovat později.)

Krok 5: Navrhněte hlavu robota: Vytvoření matice LED pro ústa

Každá LED v ústech se rozsvítí nezávisle. K tomu musíte vytvořit LED matici pro ústa. (Představu o tom, co je LED matice, viz obrázek 1) Vezměte kousek papíru, který má být ústa, a tužkou a pravítkem rozdělte papír na 36 částí (9 X 4), Jedna pro každou LED v mřížce. Poté, co jste to udělali, přilepte kus papíru na kus dřeva a dávejte pozor, abyste neprořezali podlahu (To se mi stalo, takže doporučuji vrtat na lepenkové krabici.) Vyvrtejte otvory v místech, kde se čáry protínají, pomocí vrtáku o průměru 1/4 palce, aby vaše LED diody dobře zapadly. Velikost vrtáku zjevně závisí na velikosti vašich LED diod, takže pro menší LED použijte menší vrták. (Začněte v malém a postupujte vzhůru!) Podívejte se na obrázky 2 a 3, kde najdete vysvětlení k vrtání/značení.

Krok 6: Vytvoření matice LED pro ústa: Pájení LED diod

Než uděláte něco jiného, zkontrolujte, zda všechny vaše LED diody nejsou vypálené nebo ztlumené. Toho docílíte tak, že najdete malou 3V knoflíkovou baterii a přidržíte nožičky LED k baterii (pamatujte, že dlouhá noha je kladná, krátká záporná). Dále vložte LED diody po jedné do vyvrtaného mřížkového přípravku. Sklopte dlouhé nohy tak, aby byly navzájem rovnoběžné, a pájejte je dovnitř, řadu po řadě (viz obrázky 2 a 3). Spojte dlouhé nohy dohromady, protože k ovládání těchto LED diod budete používat TLC a TLC jsou jímky. To znamená, že kontrolují diody LED změnou rozdílu napětí mezi napájením a zemí.

Krok 7: Vytvoření matice LED pro ústa: Ovládací pájecí vodiče k LED diodám

Na všechny kabely katody LED připájejte dlouhé vodiče, které se vejdou do prkénka (měřidlo 22). Tyto vodiče budou ovládat LED diody. Poté zajistěte izolaci všech jednotlivých vodičů elektrickou páskou (není to legrace) nebo teplem smrštitelnou hadičkou (doporučeno). Kromě pájení vodičů na všechny LED diody katodové kabely připájejte 2 nebo 3 vodiče na anodovou část mřížky (Část, která je celá pájená dohromady). Tyto vodiče budou sloužit jako napájecí zdroje distribuující energii po celé síti. Budou připojeny na 5V.

Krok 8: Nainstalujte serva pohybující se obočím dovnitř hlavy robota

Před instalací vašich mini serv do hlavy robota nalepte horké dlouhé silné (ale stále ohýbatelné) dráty na rameno serva. Tento drát půjde nahoru dovnitř vašeho robota, vyjede z vrcholu a plíží se zpět dolů, aby pohnul obočím. (Pro upřesnění viz obrázky.) Vezměte svá mini-serva (s připojenými dráty) a za horka je přilepte do hlavy robota, přímo pod oči, ujistěte se, že se dráty mohou pohybovat ze strany na stranu.

Krok 9: Nainstalujte mřížku dovnitř hlavy robota

Horké lepidlo mřížky na kus lepenky, do kterého jste vyvrtali otvory, a horké lepidlo, které na vnitřní stranu hlavy robota.

Krok 10: Pájejte RGB LED diody

Pájecí vodič RGB LED společné anody připájejte k dlouhému vodiči. Poté připájejte barevný vodič (červený, zelený, modrý) k RGB LED diodě, která mu odpovídá (Barvu individuálního svodu lze zjistit pomocí 3V knoflíkové baterie k rozsvícení každého LED dioda postupně). Nezapomeňte izolovat dráty!

Krok 11: Nainstalujte LED diody RGB do hlavy robota

Nainstalujte diody LED do hlavy robota tak, že je umístíte na požadované místo a poté složíte a zalepíte vodiče do vnitřní části krabice. Umístění slámky na pití pod LED také pomáhá udržet ji na místě. (Pro upřesnění viz obrázky)

Krok 12: Dokončete vytváření očí

Slepte čtvercový kus papíru, který je o něco větší než otvor, který jste vystřihli. Přilepte ho přes otvor, aby zakryl otvor a LED za ním. Můžete také chtít nalepit několik listů papírového ručníku na vnitřní stranu očních otvorů, abyste rozptýlili světlo přicházející z LED diod.

Krok 13: Zapojte čipy TLC5940NT

V tomto kroku budete muset zapojit 3 TLC5940NT dohromady, aby bylo zajištěno celkem 42 LED výstupů (36 pro ústa, 6 pro vícebarevné oči). Lidé na hřišti Arduino mají velmi dobře zdokumentovaný návod, jak zapojit spojte dohromady 3 TLC5940NT. Zde je v komprimované podobě: Arduino pin 13 -> SCLK (TLC pin 25) Arduino pin 11 -> SIN (TLC pin26) Arduino pin 10 -> Blank (TLC pin 23) Arduino pin 9 -> XLAT (TLC pin 24) Arduino pin 3-> GSCLK (TLC pin 18) -------------- U ------------ LED Out 1 | 1 28 | LED výstup 0LED výstup 2 | 2 27 | GNDLED Out 3 | 3 26 | SIN (Ard pin 11.) LED Out 4 | 4 25 | SCLK (Ard pin 13)… | 5 24 | XLAT (Ard pin 9)… | 6 23 | BLANK (Ard pin 10)… | 7 22 | GND… | 8 21 | VCC (5V)… | 9 20 | 2K odpor k zemi… | 10 19 | 5V… | 11 18 | GSCLK (Ard pin 3)… | 12 17 | SOUT (Připojeno k SIN dalšího TLC na Daisychain)… | 13 16 | XERR Out 14 | 14 15 | LED Out 15 ----------------------------- Poznámka: jsme Daisychaining 3 TLC, takže SIN prvního TLC je připojen k Arduinu kolík 11. Zbytek TLC má svůj SIN připojený k JIHU předcházejícího TLC. Všechny BLANKy jsou navzájem propojeny (BLANK TLC1 je připojen k BLANK TLC2 atd …) Všechny XLAT jsou připojeny. SCLK jsou připojeny. Všechny GSCLK jsou připojeny. Všechny XERR jsou připojeny. Také připojte 2 nebo 3 elektrolytické kondenzátory k uzemnění a napájení prkénka (záporné na kondenzátoru směřujícím k zemi, pozitivní na 5V). Množství nabití, které drží, není tak důležité, ale mělo by být dimenzováno na 5V nebo vyšší. Tyto kondenzátory budou fungovat jako filtr a odfiltrují všechny nedokonalosti (šum) v napájecím napětí, které produkují TLC. To je důležité, protože Waveshield, který budeme používat, sdílí stejnou zem jako TLC a SKUTEČNĚ nemá rád elektrický šum (vydává divné klikání).

Krok 14: Připojte LED diody k TLC

Připojte všechny LED k TLC, řádek po řádku, počínaje jednou v levém horním rohu a pokračujte k LED přímo vpravo. Zde je pro vaše pohodlí zahrnuta mřížka všech výstupů LED TLC. Prohlédněte si obrázky pro vysvětlení. Ústa: 0 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Nyní je také vhodný čas připojit vaše RGB LED oči k TLC, takže zde jsou výstupy… RGB LED oči: Vlevo: RGB Vpravo: RGB 36 40 38 37 41 39 Nezapomeňte k připojení univerzálních napájecích vodičů pro LED diody The Grid a RGB na 5V!

Krok 15: Připojte serva k TLC

Připojte napájení a uzemnění serva k napájení a uzemnění na vašem prkénku. Připojte ovládací vodič levého serva (levého, zatímco stojíte čelem k robotu.) Ke kolíku 43 (Pamatujte, že začněte na nule.) A pravému servu ke kolíku 44. Z obou těchto pinů budete muset připojit odpor 3,3 K ohmu na 5V, protože TLC jsou výkonové jímky a vyžadují napájení.

Krok 16: Nyní vstupujete do země softwaru a kódu! (většinou)

Žádný zákaz vstupu…

Krok 17: Stáhněte si knihovnu TLC

Nejnovější knihovnu TLC pro Arduino najdete na jejich kódové stránce Google na adrese: code.google.com/p/tlc5940arduino/. Stáhněte si nejnovější knihovnu a vložte rozbalenou složku „Tlc5940“do [nejnovější složka verze Arduino]/hardware/ knihovny/

Krok 18: Otestujte TLC

Načtěte můj náčrtek testu sériového výrazu, který si můžete stáhnout níže. Vložte to do Freeduina a zadejte nějaké příkazy do sériového monitoru, abyste otestovali, že to celé funguje. Zde je seznam příkazů: behappybesadbemadfullmouthlinemouthoffmouthoffeyesbluegreeneyesredeyesblueeyesopenmouthtalkmouth (Nemluví, ale dělá pohyby úst)

Krok 19: Stáhněte si vylepšenou, velkokapacitní podpůrnou (poněkud) knihovnu Waveshield

Stáhněte si nový vylepšený vlnový štít Adafruit z kódu Google (děkuji, pane Fat16, že jste vytvořili tuto vylepšenou knihovnu): code.google.com/p/wavehc/ Znovu vložte rozbalenou složku do složky hardware/knihovny/.

Krok 20: Naformátujte a nahrajte karty SD

Vložte karty SD do počítače a zformátujte je pomocí souboru typu FAT nebo FAT16. NE FAT32! Poté načtěte karty SD se soubory řeči ze skvělého textu společnosti AT & T na web řeči www.research.att.com/~ttsweb/tts/demo.php#top Přejmenujte soubory název slova, které v souboru mluví, a zkraťte je název souboru na něco, co obsahuje 6 nebo méně písmen. (Waveshield zvládne pouze soubory, jejichž názvy souborů jsou 6 znaků nebo méně.) Př. Pokud si stáhnete soubor pro „Instructables.com“-> pojmenujte jej instrc.wavIf ahoj -> hello.wav

Krok 21: Otestujte si svůj Waveshield

Stáhněte si a spusťte můj sériový testovací náčrt Waveshield. Měli byste být schopni projít sériovým terminálem, napsat větu a nechat jej přehrát Waveshield (pokud obsahuje soubory.wav, které potřebuje). Bude to trvat první slovo, přidat ".wav" a přehrát to, než přejdete na druhé. Ex.you napíšete: Dobrý den, jmenuji se Bob Bude hrát: hello.wavmy.wavname.wavis.wavbob.wav Poznámka: Otestujte Waveshield na druhém Freeduinu (ten, který není připojen k TLC), protože Waveshield i TLC používají piny13, 12, 11 a 10 (na Freeduinu). Důvodem je, že tyto piny mají hardwarovou podporu pro rozhraní s názvem Serial Peripheral Interface (SPI), které vyžadují TLC i Waveshield. Tyto piny mezi nimi nelze sdílet, takže budeme muset propojit dva Freeduinos dohromady pomocí rozhraní I2C, aby mezi nimi mohly předávat informace. Více o tom v kroku 22.

Krok 22: Propojte rozhraní I2C mezi oběma freeduiny

Počkejte … Proč potřebujeme propojit rozhraní I2C mezi dvěma Freeduiny? Proč nemůžeme jednoduše připojit Waveshield a TLC do jednoho Freeduina? Zde je důvod: Jak Waveshield, tak TLC používají na Freeduinu piny 13, 12, 11 a 10. Důvodem je to, že tyto piny mají hardwarovou podporu pro rozhraní s názvem Serial Peripheral Interface (SPI), které TLC i Waveshield vyžadují a nemohou je sdílet. To znamená, že budeme muset spojit dva Freeduinos dohromady pomocí nějakého datového připojení, aby oba pracovali společně v tandemu. Sériové připojení nebylo možné, protože můj počítač jej již používal ke komunikaci s Waveshield Freeduino, takže po intenzivním Googlování jsem našel pozoruhodně pohodlný a jednoduchý způsob komunikace. I2C! Zde je návod, jak zapojit rozhraní: Připojte analogový vstupní kolík 4 na oba Freeduinos (toto je SDA nebo sériová datová linka.) Připojte analogový vstupní pin 5 na oba Freeduinos (toto je SCL nebo sériový hodinový řádek.) Připojte uzemnění na obou Freeduinos (Jinak rozhraní I2C nebude fungovat.) Připojte vodič, který jste pájili na začátku tohoto Instructable z rezistoru R7 na Waveshield k analogovému vstupnímu pinu 1 na TLC ovládajícím Freeduino (Tento vodič slouží ke kontrole hlasitosti slova vyslovená Waveshieldem a nejsou součástí rozhraní I2C). (Pro upřesnění viz obrázek)

Krok 23: Povolte I2C na TLC Controlling Freeduino

Stažením této skici povolte I2C na Freeduinu, které jste používali k ovládání TLC. Bude přijímat informace o výrazech z Waveshieldu a také bude kontrolovat hlasitost výstupu řeči na Waveshield Freeduino a bude pohybovat ústy, aby simulovalo mluvení v závislosti na hlasitosti vyslovovaného slova. Definice I2C: I2C je také známá jako TWI (Two Wire Interface) je jednoduchý způsob propojení více zařízení dohromady (až 128!) Pomocí dvou datových vodičů a společného uzlu. Aktualizace: Do skici Arduino jsem přidal funkci blikání. Robot nyní bude blikat v intervalech 2–11 sekund, stejně jako člověk.

Krok 24: Otestujte rozhraní I2C

Stáhněte si tuto skicu a nahrajte ji na Waveshield Freeduino, odešle slova „behappy;“a potom „besad;“přes rozhraní I2C na TLC ovládající Freeduino ve dvousekundových intervalech, doufejme, že robot ve dvousekundových intervalech přejde od radosti k smutku.

Krok 25: Vaše téměř hotovo! Jen nějaký kód k načtení…

Načtěte finální verzi kódu Waveshield Freeduino. Mělo by to trvat jakákoli slova, která zadáte do sériového monitoru, a vyslovit je (pokud k tomu má soubory.wav) a měla by předávat výrazové příkazy jako „behappy;“a "besad;" na Freeduino ovládající TLC prostřednictvím rozhraní I2C. Poznámka: Seznam příkazů je stejný pro předchozí testovací kód TLC (viz krok 17) s tím rozdílem, že ke každému výrazovému příkazu musíte přidat středník. EX. Pokud chcete, aby byl robot smutný a řekl „Cítím se smutný“, zadejte: besad; Je mi smutno. Aktualizace: The Waveshield Sketch nyní správně používá interpunkci (tj. Tečky a čárky, ale ne vykřičníky).

Krok 26: Namontujte vše na skříň robota a máte hotovo

Namontujte všechny Freeduinos na zadní stranu krabice pomocí drátů. Zavřete horní klapku krabice pomocí drátů a máte hotovo! Kdyby to alespoň mohlo zkontrolovat můj e -mail. Hmmmm ……. Děkujeme, že jste si přečetli tento návod! Komentáře jsou vždy vítány na cokoli!

Druhá cena v soutěži Arduino