Robotická hlava nasmerovaná na svetlo. Z recyklovaných a opätovne použitých materiálov: 11 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Ak sa niekto pýta, či môže robotika prísť aj s prázdnym vreckom, možno na to dá návod. Recyklované krokové motory zo starej tlačiarne, použité pingpongové loptičky, sviečky, použitá balza, drôt zo starého vešiaka, použitý smaltovaný drôt boli niektoré z materiálov, ktoré som použil na výrobu tejto robotickej hlavy. Použil som tiež štyri servomotory, jeden štít motora adafruit a arduino UNO. Všetky tieto boli znova použité z iných projektov, ktoré boli zachránené! Všetci výrobcovia vedia, že to je nevyhnutné, aby sa ušetrilo.

Pretože neexistuje žiadny robot bez interakcie s prostredím, tento má tendenciu sa otáčať smerom k najjasnejšiemu miestu v okolí. Sú vyrobené z najlacnejších senzorov vôbec: fotobuniek. Nie sú dôveryhodní, ale sú dostatočne dôveryhodní na to, aby urobili niečo slušné.

Krok 1: Použitý materiál

1. Arduino UNO
2. Motorový štít Adafruit V2
3. servo SG90 X 3
4. jedno servo MG995 na otočenie krku
5. krokový motor, použil som jeden 20 -ročný, nemusí to byť motor s vysokým krútiacim momentom
6. breadboard 400 a prepojovacie káble
7. tri fotobunky a tri odpory 1K, 1/4W
8. DC transformátor 6V na napájanie serva cez nepájivú dosku
9. 3 pingpongové loptičky
10. Penová doska
11. balzové drevo
12. tvrdý drôt
13. plastové a medené rúrky s priemerom, aby sa do seba zmestili, v dĺžke 20 cm sú viac než dosť
14. Drevo 15 x 15 cm ako základ
15. dve kartónové tuby z kuchynského papiera
16. malé železné tyče na protizávažie

Krok 2: Výroba očných buliev

1. Pingpongovú loptičku musíte rozrezať na dve pologule
2. Zapálením sviečky nad narezanou guľou ju môžete skutočne navoskovať. Chce to týmto spôsobom mastný pohľad. Nie som umelec, ale myslím si, že to takto vyzerá prirodzenejšie.
3. Potom musíte z balzového dreva hrubého 1 cm vyrobiť kotúč, ktorý by sa mal zmestiť do narezanej gule (pologule).
4. Nakoniec vyvŕtajte puzdro (plytký otvor) pre očné šošovky. Potom tam môžete dať to, čo má vyzerať ako očná šošovka.

Krok 3: Vytvorenie mechanizmu pohybu očí

Hlavnou myšlienkou návrhu tohto mechanizmu je, aby sa oko dokázalo otáčať okolo dvoch osí súčasne. Jeden vertikálny a jeden horizontálny. Tieto osi otáčania by mali byť nastavené tak, aby zachytávali stred očnej gule, inak by pohyb nemohol vyzerať prirodzene. Toto spomínané centrum je teda umiestnené v strede balsového disku, ktorý je prilepený na pologuli ping pongu.

Vynaložené úsilie muselo zvládnuť triviálne materiály, aby sa to stalo. Séria fotografií, ktoré nasledujú, ukazuje cestu.

Na obrázkoch vidíte bielu a kovovú trubicu, ktoré do seba dobre zapadajú. Biela bola kedysi stožiarom malej vlajky a kovová bola medená rúrka. Vybral som si ich, pretože do seba dobre zapadajú a majú priemer iba niekoľko mm. Skutočná veľkosť nie je dôležitá. Môžete použiť akékoľvek iné, ktoré môže vykonávať túto prácu!

Krok 4: Testovanie pohybov

Pretože nebol použitý žiadny simulačný softvér, jediný spôsob, ako nájsť limity pohybov pochádzajúcich zo serva, je skutočné fyzické testovanie. Tento spôsob je znázornený na obrázkoch na obrátenie očí nahor a nadol. Nájdenie limitov je nevyhnutné, pretože rotácia serva má tiež limity a očakávania pre pohyb očí, aby vyzerali čo najprirodzenejšie, tiež stanovujú limity.

Na definovanie postupu vzťahujúceho sa na zobrazené obrázky by som mohol povedať:

1. spojte oko so servom pomocou drôtu
2. otočte rukou páku serva tak, aby oko zaujalo najvyššie polohy (tam a späť)
3. skontrolujte polohu serva, aby bolo oko schopné zaujať tieto polohy
4. urobte (narezané alebo podobné) miesto, kde má servo pevnú pozíciu
5. po pevnom umiestnení serva znova skontrolujte, či sú ešte stále možné maximálne polohy pre oko..

Krok 5: Vytvorenie očných viečok

1. Zmerajte vzdialenosť medzi skutočnými očami.
2. Naplánujte si dva polkruhy s priemerom rovným očiam a nakreslite ich na penovú dosku so vzdialenosťou medzi stredmi, ako sa meria v kroku 1.
3. Vystrihnite, čo ste nakreslili.
4. Rozstrihnite pingpongovú loptičku na štyri.
5. Každý narezaný kus pingpongovej loptičky prilepte na jeden z dvoch práve narezaných polkruhov.
6. Odrežte malé kúsky rúrok, ako je vidieť na poslednej fotografii, a prilepte ich tak, aby boli zarovnané. Požadovaný koncový kus nájdete na poslednej fotografii

Krok 6: Konečný pohľad na mechanizmy očí a očných viečok

Existujú zrejmé nepresnosti, ale vzhľadom na extrémne nízke náklady a „mäkké“materiály, ktoré som použil, sa mi výsledok zdá uspokojivý!

Na fotografii je vidieť, že servo, ktoré otáča viečka, sa v skutočnosti pohne jedným smerom a pre druhý nechá prácu na pružine!

Krok 7: Vytvorenie mechanizmu krku

Hlava by mala byť schopná otáčať sa doľava alebo doprava, povedzme 90 stupňov v oboch smeroch a tiež hore a dole nie tak ako horizontálne otáčanie, povedzme 30 stupňov hore a dole.

Použil som stepper, ktorý otáča hlavou horizontálne. Malý kúsok lepenky slúži ako platforma s nízkym trením pre mechanizmus, akým je pižmo (tvár). Prvý obrázok ukazuje mechaniku. Stepper predlžuje horizontálnu rotáciu potom, čo horizontálna rotácia očí dosiahne hornú ľavú alebo pravú hranicu. Potom je tu aj limit na sledovanie rotácie stepperov.

Na otáčanie hláv hore a dole som použil servo, ako je vidieť na druhom obrázku. Rameno serva slúži ako strana pružného rovnobežníka, kde jeho rovnobežná strana slúži ako základňa pre stepper. Keď sa teda servo otočí, základňa steppera sa otočí rovnako. Ďalšie dve strany rovnobežníka sú dva kusy tvrdého kábla, ktoré majú zvislý smer a zostávajú navzájom rovnobežné, pričom sa pohybujú hore a dole.

Krok 8: 2. riešenie mechanizmu krku

V tomto kroku vidíte ďalšie možné riešenie otáčania hlavy horizontálne a vertikálne. Jeden krokový krokovač robí horizontálne otáčanie a druhý vertikálny. Aby sa to stalo, steppery by mali byť prilepené, ako je vidieť na obrázkoch. Na vrchnú časť horného stepperu by mal byť pripevnený očný mechanizmus s pižmom.

Ako nevýhodu tohto prístupu by som mohol poukázať na spôsob fixácie dolného stepperu na drevenej zvislej rovine. To by po určitom použití mohlo byť nestabilné.

Krok 9: Vytvorenie systému senzorov polohy zdroja svetla

Na umiestnenie zdroja svetla v troch rozmeroch potrebujete najmenej tri svetelné senzory. V tomto prípade tri LDR.

Dva z nich (umiestnené v rovnakej horizontálnej línii k spodnej časti hlavy) by mali byť schopné horizontálne rozlíšiť rozdiel hustoty svetelnej energie a tretí (umiestnený v hornej časti hlavy) by nám mal ukázať v porovnaní s priemerné meranie dvoch nižších rozdielu hustoty svetelnej energie vertikálne.

Priložený súbor PDF vám ukazuje spôsob, ako nájsť najlepší sklon rúrok (slamiek) obsahujúcich LDR, aby sa do zdroja svetla preniesli dôveryhodnejšie informácie o mieste.

S daným kódom môžete testovať svetlo pomocou troch LDR. Každý LDR aktivuje zodpovedajúcu diódu LED, ktorá sa rozsvieti lineárne vzhľadom na prichádzajúce množstvo svetelnej energie.

Pre tých, ktorí chcú sofistikovanejšie riešenia, prinášam fotografiu experimentálneho zariadenia, ktoré ukazuje, ako nájsť najlepší sklon (uhol φ) pre trubice LDR, aby ste pre rovnaký uhol θ prichádzajúceho svetla získali najvyšší rozdiel v Merania LDR. Zahrnul som plán na vysvetlenie uhlov. Myslím si, že to nie je správne miesto pre ďalšie vedecké informácie. V dôsledku toho som prišiel na sklon 30 stupňov (45 je však lepšie)!

Krok 10: A niekoľko tipov pre … Elektroniku

Vďaka 4 servám je nemožné ich napájať priamo z arduina. Napájal som ich teda z externého zdroja (použil som triviálny transformátor) na 6V.

Stepper bol poháňaný a ovládaný prostredníctvom Adafruit Motorshield V2.

Fotobunka bola ovládaná z arduino uno. Priložený pdf súbor obsahuje viac ako dostatok informácií. V obvode LDR som použil 1K odpory.

Krok 11: Niekoľko slov pre kód

Architektúra kódu má ako stratégiu, že rutina prázdnej slučky obsahuje iba niekoľko riadkov a existuje niekoľko rutín, pre každú úlohu jednu.

Predtým, ako niečo urobíte, hlava zaujme počiatočné postavenie a čaká. Počiatočná poloha znamená zatvorené viečka, oči hľadiace priamo pod viečka a zvislá os hlavy je kolmá na vodorovnú rovinu nosnej základne.

Najprv by sa mal robot zobudiť. Pri pokojnom štýle však prijíma merania svetla čakajúce na náhly a veľký nárast (môžete sa rozhodnúť, o koľko), aby sa mohol začať pohybovať.

Potom otočí oči najskôr správnym smerom a ak nemôžu dosiahnuť najjasnejší bod, hlava sa začne pohybovať. Každá rotácia, ktorá pochádza z fyzických limitov mechanizmov, má svoje obmedzenie. Iná konštrukcia teda môže mať ďalšie limity v závislosti od mechaniky konštrukcií (geometrie).

Extra tip súvisí s reakčnou rýchlosťou robota. Na videu je robot úmyselne pomalý. Môžete to ľahko urýchliť deaktiváciou oneskorenia (500); ktorý je umiestnený v prázdnej slučke () kódu!

Veľa šťastia pri tvorbe!