Postavte hovoriacu robotickú hlavu poháňanú Arduinom!: 26 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

Táto robotická hlava bola pôvodne postavená ako projekt na konci roka pre moju triedu fyzických počítačov, ale cez leto sa „naučila“rozprávať. Hlava je poháňaná dvoma Freeduinos, 3 čipmi TLC5940NT a vlnovým štítom Adafruit Industries, ktorý nájdete tu: www.ladyada.net/make/waveshield/. Hlava je v súčasnosti k počítaču pripojená dvoma USB káblami, jedným pre napájanie a druhým pre odosielanie sériových príkazov, čo povedať/emotovať. Akonáhle hlava dostane zadané príkazy na to, čo má povedať/vyjadriť, prehrá jednotlivé slovné súbory a vytvorí tak vetu alebo viac viet. Tiež mení svoje emócie podľa emocionálnych príkazov odoslaných z počítača. Táto robotická hlava je základom pre mnoho možných aplikácií, pretože môže povedať čokoľvek, pre čo má slovník. Práve teraz pracujem na jeho pripojení k internetu a na kontrole a prečítaní môjho e -mailu pomocou skriptu PHP. Budem aktualizovať tento návod, ako s ním budem postupovať. Tu je video z akcie: Hlava je stále prebiehajúcim projektom, takže akékoľvek komentáre k čomukoľvek tu sú viac než vítané! Osobitné poďakovanie Liz Arumovej, že mi so všetkým pomohla! Aktualizácia: Vzhľadom na obľúbenú požiadavku som teraz pridal video robota, ktorý hovorí a vyjadruje sa! Užite si voľný čas!

Krok 1: Zostavte všetky materiály/diely/elektroniku

Táto robotická hlava používa: 1 Breadboard (musí byť viac ako 48 radov dlhý a v strede dosky musí byť medzera na pripojenie čipov IC. Napájací a uzemňovací autobus vedený po boku nepájivej dosky je tiež nevyhnutnosťou.) 2 RGB LED diódy (pre viacfarebné oči) Spoločná anóda. 1,50 - 1,95 dolára za kus. 2 X 1,75 dolára = 3,5036 dolára za červené (pre ústa) niekde okolo 40-50 centov v cenovom rozpätí pre každého. 36 X 0,45 dolára = 16,202 mikro servo HXT900 (na pohyb obočia) nájdete na: https://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=662 2 X 3,65 dolárov = 7,303 dolára TLC5940NT (do pohon/rozsvietenie všetkých LED a ovládanie serv) nájdete na adrese Digi-key https://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=296-17732-5-ND, kde sú uvedené ceny za 4,28 dolára. 3 X 4,28 dolára = 12,84 dolára alebo Mouser https://www.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/TLC5940NT/?qs=sGAEpiMZZMu8%252bGBKj8XSFEjwsgnt5grMZ49G/W4nR14%3d3 kondenzátory (~ 1000uf) servo) Zachránené zo starého zdroja napájania počítača. Free2 Original Freeduinos alebo Arduinos. Freeduinos je možné kúpiť na adrese https://www.freeduino.org/buy.html Ich cena je 23,99 kusa. 2 X 23,99 dolárov = 47,98 dolárov alebo www.sparkfun.com/commerce/product_info.php pre Arduinos. Cena 29,95 dolárov za kus. 2 X 29,95 dolárov = 59,90 dolárov. Upozornenie: Freeduinos vyžaduje určité znalosti o spájkovaní, ak nechcete spájkovať dosky, kúpte si Arduino. Varovanie: Tento návod si aj tak vyžaduje určité znalosti o spájkovaní, tak prečo nezačať hneď?:) 1 Waveshield od Adafruit Industries (Aby mohol robot hovoriť) Dá sa kúpiť na: https://www.ladyada.net/make/waveshield/ Cena za 22 dolárov za kus. Odhadované celkové náklady na všetky diely špičkovej technológie (nezahŕňa poštovné), ak ste kúpili Freeduinos namiesto Arduinos, je …. 109,82 dolárov! Celkové náklady na všetky diely špičkovej technológie, ak ste namiesto Freeduinos kúpili Arduinos, sú …. 121,74 dolárov! A pokiaľ ide o materiály s nízkymi technologickými požiadavkami, ktoré budete potrebovať: Kartónová škatuľa rovnakej veľkosti, akú by ste chceli mať v hlave. Malý kus lepenky Lepiaci pás kompatibilný s lepenkou (rozchod 22, pevný) Drôt na upevnenie vecí k iným veciam Malý blok Elektrická vŕtačka. Tepelne zmršťovacia hadica na izoláciu odkrytých káblových vodičov a niečoho, čo vháňa horúci vzduch, aby sa zmenšilo, pomocou (teplovzdušnej pištole) Orezávača boxov.

Krok 2: Zostavte a spájkujte všetky obvody a štíty

Spájkujte Freeduinos (ako ja), alebo tento riadok ignorujte, ak ste si kúpili Arduino. Tu je odkaz na ich montážny návod pre všetkých ľudí, ktorí si kúpili Freeduinos: mcukits.com/2009/03/12/assembling-the-freeduino-board-kit/Spájka Waveshields. Lady Ada má na svojej webovej stránke https://www.ladyada.net/make/waveshield/solder.html veľmi dobrého sprievodcu, ako to urobiť, okrem toho, ako je uvedené vyššie, aj spájkovanie dohromady. Pridajte dlhý drôt spájkovaný na odpor R7 na strane najbližšej k čipu zosilňovača. Tento bude pripojený k analógovému vstupu 1 na Freeduino, ktorý ovláda LED diódy hlavy robota. (Zatiaľ si nerobte starosti s tým, kam zapojiť druhý koniec drôtu, to bude podrobne vysvetlené neskôr.) Informácie o mieste spájkovania drôtu nájdete na obrázku.

Krok 3: Navrhnite robotickú hlavu

Vezmite kartónovú škatuľu, ktorú ste si vybrali ako hlavu, a vyznačte miesta, ktoré by ste chceli vystrihnúť pre oči a ústa, odstrihnutím kúskov papiera a ich položením na vrch škatule. Keď ste s usporiadaním spokojní, môžete prejsť na rezanie.

Krok 4: Navrhnite hlavu svojho robota: Vyrezanie očí

Nalepte alebo označte dieliky na ich konečné polohy na škatuľu a vystrihnite. (Kus papiera, ktorý ste použili na znázornenie úst, si uschovajte, budete ho potrebovať neskôr.)

Krok 5: Navrhnite hlavu svojho robota: Vytvorenie matice LED pre ústa

Každá dióda LED v ústach sa rozsvieti nezávisle. Na to musíte vytvoriť LED maticu pre ústa. (Predstavu o tom, čo je LED matica, nájdete na obrázku 1) Vezmite papier, ktorý má byť ústami, a ceruzkou a pravítkom rozdeľte papier na 36 častí (9 x 4), Jeden pre každú LED v mriežke. Potom, čo ste to urobili, prilepte kus papiera na kus dreva a dávajte pozor, aby ste nevŕtali cez podlahu (Stalo sa mi to, preto odporúčam vŕtať na vrch kartónovej škatule.) Vŕtajte diery v miestach, kde sa čiary pretínajú, pomocou vrtáka s priemerom 1/4 palca, aby vaše diódy LED dobre sedeli. Veľkosť vrtáka závisí od veľkosti vašich diód LED, preto pre menšie diódy LED použite menší vrták. (Začnite v malom a postupujte hore!) Na obrázkoch 2 a 3 nájdete vysvetlenie k vŕtaniu/označovaniu.

Krok 6: Vytvorenie matice LED diódy v ústach: Spájkovanie LED diód

Predtým, ako urobíte čokoľvek iné, skontrolujte, či všetky vaše diódy LED nie sú vypálené alebo stlmené. Môžete to urobiť tak, že nájdete malú 3V gombíkovú batériu a priložíte nožičky LED k batérii (pamätajte na to, že dlhá noha je kladná, krátka záporná). LED diódy vložte ďalej po jednom do vyvŕtaného mriežkového prípravku. Zložte dlhé nohy tak, aby boli navzájom rovnobežné, a spájajte ich, rad za radom (pozri obrázky 2 a 3). Spájajte dlhé nohy, pretože na ovládanie týchto diód LED budete používať TLC a TLC sú napájače. To znamená, že riadia LED diódy zmenou rozdielu napätia medzi výkonom a zemou.

Krok 7: Vytvorenie matice LED diódy v ústach: Drôty na ovládanie spájkovania na diódach LED

Na všetky vodiče katódy LED spájkujte dlhé vodiče, ktoré sa zmestia do dosky (s rozmerom 22). Tieto vodiče budú ovládať LED diódy. Potom zaizolujte všetky jednotlivé vodiče elektrickou páskou (nie je to zábavné) alebo tepelne zmršťovacou trubicou (odporúčané). Okrem spájkovania drôtov na všetky LED diódy katódy zapojte 2 alebo 3 vodiče na anódovú časť mriežky (Časť, ktorá je celá spájkovaná dohromady). Tieto vodiče budú slúžiť ako napájacie zdroje na distribúciu energie po celej sieti. Budú napojené na 5V.

Krok 8: Nainštalujte serva pohybujúce sa obočím dovnútra hlavy robota

Pred inštaláciou vašich mini-servo do hlavy robota nalepte horúce dlhý silný (ale stále ohybný) drôt na rameno serva. Tento drôt bude vystupovať do vnútra vášho robota, bude vystupovať zhora a plaziť sa späť nadol, aby ste posunuli obočie. (Vysvetlenie nájdete na obrázkoch.) Vezmite svoje mini-servá (s pripojenými vodičmi) a za horúca ich prilepte do vnútra hlavy robota, priamo pod oči, pričom sa uistite, že sa drôty môžu pohybovať zo strany na stranu.

Krok 9: Nainštalujte mriežku dovnútra hlavy robota

Mriežku za horúca prilepte na kus lepenky, do ktorého ste vyvŕtali otvory, a horúcim lepidlom na vnútornú stranu hlavy robota.

Krok 10: Spájkujte RGB LED diódy

Spájkujte kábel RGB LED spoločnej anódy k dlhému vodiču. Potom spájajte farebný vodič (červený, zelený, modrý) s RGB LED káblom, ktorý mu zodpovedá (Farbu jednotlivého vodiča môžete zistiť pomocou 3V gombíkovej batérie, aby ste postupne rozsvietili každý LED vodič). Nezabudnite izolovať vodiče!

Krok 11: Nainštalujte LED diódy RGB do vnútra hlavy robota

Nainštalujte LED diódy do hlavy robota tak, že ich umiestnite na požadované miesto a potom sklopíte a prilepíte drôty k vnútornej strane škatule. Umiestnenie slamky na pitie pod LED tiež pomôže udržať ju na mieste. (Vysvetlenie nájdete na obrázkoch)

Krok 12: Dokončite výrobu očí

Prilepte štvorcový papier, ktorý je o niečo väčší ako otvor, ktorý ste vystrihli. Prilepte ho cez otvor, aby zakryl otvor a LED za ním. Môžete tiež prilepiť niekoľko listov papierovej utierky do vnútra otvorov pre oči, aby sa rozptýlilo svetlo prichádzajúce z diód LED.

Krok 13: Zapojte čipy TLC5940NT

V tomto kroku budete musieť zapojiť 3 TLC5940NT dohromady, aby ste získali celkom 42 LED výstupov (36 pre ústa, 6 pre viacfarebné oči). Ľudia na ihrisku Arduino majú veľmi dobre zdokumentovaného sprievodcu zapojením. reťazec 3 TLC5940NT dohromady. Tu je v komprimovanej forme: pin Arduino 13 -> SCLK (TLC pin 25) Arduino pin 11 -> SIN (TLC pin26) Arduino pin 10 -> prázdny (TLC pin 23) Arduino pin 9 -> XLAT (TLC pin 24) Arduino pin 3-> GSCLK (TLC pin 18) -------------- U ------------ LED výstup 1 | 1 28 | LED výstup 0LED výstup 2 | 2 27 | GNDLED Out 3 | 3 26 | SIN (Ard pin 11.) LED výstup 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 voči zemi … | 10 19 | 5V… | 11 18 | GSCLK (Ard pin 3)… | 12 17 | SOUT (Pripojené k SIN nasledujúceho TLC na Daisychain)… | 13 16 | XERR Out 14 | 14 15 | LED Out 15 ----------------------------- Poznámka: sme Daisychaining 3 TLC, takže SIN prvého TLC je pripojený k Arduinu kolík 11. Ostatné TLC majú svoj SIN prepojený so SOUT TLC, ktorý mu predchádzal. Všetky BLANK sú navzájom prepojené (BLANK z TLC1 je prepojené s BLANK z TLC2 atď.) Všetky XLAT sú prepojené. Pripojené sú SCLK. Všetky GSCLK sú pripojené. Všetky XERR sú pripojené. Pripojte tiež 2 alebo 3 elektrolytické kondenzátory k zemi a napájaniu dosky (záporný na kondenzátore smerujúcom k zemi, pozitívny na 5V). Množstvo nabitia, ktoré drží, nie je také dôležité, ale malo by byť dimenzované na 5V alebo viac. Tieto kondenzátory budú fungovať ako filter a odfiltrujú všetky nedokonalosti (šum) v napätí, ktoré produkujú TLC. To je dôležité, pretože Waveshield, ktorý budeme používať, zdieľa rovnakú zem ako TLC a SKUTOČNE nemá rád elektrický šum (robí to divné, klikavé zvuky).

Krok 14: Pripojte diódy LED k TLC

Pripojte všetky diódy LED k TLC, rad za riadkom, začínajúc jednou v ľavom hornom rohu a pokračujte k dióde LED priamo vpravo. Tu je mriežka všetkých pinových výstupov LED TLC, ktoré sú pre vaše pohodlie zahrnuté. Vysvetlenie nájdete na obrázkoch. Ústie: 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 Teraz je tiež vhodný čas zapojiť RGB LED oči do TLC, takže tu sú vývody… RGB LED oči: vľavo: RGB vpravo: RGB 36 40 38 37 41 39 Nezabudnite zapojte univerzálne napájacie vodiče pre LED diódy The Grid a RGB do 5V!

Krok 15: Pripojte serva k TLC

Pripojte napájanie a uzemnenie serva k napájaniu a uzemneniu na doske. Pripojte riadiaci vodič ľavého serva (ľavého smerom k robotu.) K kolíku 43 (Pamätajte si, že začnite od nuly.) A pravého serva k kolíku 44. Z oboch týchto kolíkov budete musieť pripojiť odpor 3,3 K ohmu na 5V, pretože TLC sú napájače a vyžadujú napájanie.

Krok 16: Teraz vstupujete do krajiny softvéru a kódu! (väčšinou)

Prosím, žiadny vstup …

Krok 17: Stiahnite si knižnicu TLC

Najnovšiu knižnicu TLC pre Arduino nájdete na ich kódovej stránke Google na adrese: code.google.com/p/tlc5940arduino/. Stiahnite si najnovšiu knižnicu a vložte rozbalený priečinok „Tlc5940“do [priečinok s najnovšou verziou verzie Arduino]/hardware/ knižnice/

Krok 18: Otestujte TLC

Načítajte môj náčrt testu sériového výrazu, ktorý si môžete stiahnuť nižšie. Vložte to do Freeduina a zadajte niekoľko príkazov do sériového monitora, aby ste otestovali, či to celé funguje. Tu je zoznam príkazov: behappybesadbemadfullmouthlinemouthoffmouthoffeyesbluegreeneyesredeyesblueeyesopenmouthtalkmouth (Nehovorí, ale robí pohyby úst)

Krok 19: Stiahnite si vylepšenú, vysokokapacitnú (do istej miery) podpornú knižnicu Waveshield

Stiahnite si nový vylepšený vlnový štít Adafruit z kódu Google (Ďakujem, pán Fat16, že ste vytvorili túto vylepšenú knižnicu): code.google.com/p/wavehc/ Znova prilepte rozbalený priečinok do priečinka hardvér/knižnice/.

Krok 20: Naformátujte a načítajte karty SD

Vložte karty SD do počítača a naformátujte ich pomocou súboru typu FAT alebo FAT16. NIE FAT32! Potom načítajte svoje karty SD so súbormi reči zo skvelého textu spoločnosti AT & T na stránku reči www.research.att.com/~ttsweb/tts/demo.php#top Premenujte súbory na názov slova, ktoré v súbore hovorí, a skráťte ho názov súboru na niečo, čo obsahuje 6 alebo menej písmen. (Waveshield môže pracovať iba so súbormi, ktorých názvy súborov sú 6 znakov alebo menej.) Napr. Ak stiahnete súbor pre „Instructables.com“-> pomenujte ho instrc.wavAk ahoj -> ahoj.wav

Krok 21: Otestujte si svoj Waveshield

Stiahnite si a spustite môj sériový testovací náčrt Waveshield. Mali by ste byť schopní prejsť sériovým terminálom, napísať vetu a nechať ich prehrať Waveshield (pokiaľ obsahuje súbory.wav, ktoré potrebuje). Bude to trvať prvé slovo, pridať „.wav“a prehrať ho, než prejdete na druhé. Ex.you napíš: Ahoj, volám sa Bob Bude hrať: hello.wavmy.wavname.wavis.wavbob.wav Poznámka: Otestujte Waveshield na druhom Freeduino (ten, ktorý nie je pripojený k TLC), pretože Waveshield aj TLC používajú piny13, 12, 11 a 10 (na Freeduino). Dôvodom je, že tieto piny majú hardvérovú podporu pre rozhranie nazývané Serial Peripheral Interface (SPI), ktoré vyžadujú TLC aj Waveshield. Tieto piny nie je možné medzi nimi zdieľať, takže budeme musieť prepojiť dvoch Freeduinos dohromady pomocou rozhrania I2C, aby medzi nimi mohli prenášať informácie. Viac o tom v kroku 22.

Krok 22: Pripojte rozhranie I2C medzi obidvoch Freeduinos

Počkajte … Prečo potrebujeme prepojiť rozhranie I2C medzi dvoma Freeduinos? Prečo nemôžeme jednoducho pripojiť Waveshield a TLC do jedného Freeduina? Tu je dôvod, prečo: Waveshield aj TLC používajú na Freeduino kolíky 13, 12, 11 a 10. Dôvodom je to, že tieto piny majú hardvérovú podporu rozhrania nazývaného Serial Peripheral Interface (SPI), ktoré TLC aj Waveshield vyžadujú a nemôžu zdieľať. To znamená, že budeme musieť prepojiť dvoch Freeduinos dohromady pomocou nejakého druhu dátového pripojenia, aby obaja spolupracovali v tandeme. Sériové číslo nebolo možné, pretože môj počítač ho už používal na komunikáciu s Waveshield Freeduino, takže po intenzívnom googlení som našiel pozoruhodne pohodlný a jednoduchý spôsob komunikácie. I2C! Tu je návod, ako zapojiť rozhranie: Pripojte analógový vstupný kolík 4 na oboch Freeduinos (Toto je SDA alebo sériový dátový kábel.) Pripojte analógový vstupný kolík 5 na oboch Freeduinos (Toto je SCL alebo sériový hodinový kábel.) Pripojte uzemnenie na oboch Freeduinoch (V opačnom prípade nebude rozhranie I2C fungovať.) Pripojte drôt, ktorý ste spájkovali na začiatku tohto návodu, z rezistora R7 na vlnovom štítu na analógový vstupný kolík 1 na TLC ovládajúcom Freeduino (Tento drôt slúži na kontrolu hlasitosti slová vyslovené vlnovým štítom a nie sú súčasťou rozhrania I2C). (Vysvetlenie nájdete na obrázku)

Krok 23: Aktivujte I2C na Tedu Controlling Freeduino

Stiahnite si tento náčrt a povoľte I2C na Freeduine, ktoré ste používali na ovládanie TLC. Bude dostávať informácie o výrazoch z vlnového štítu a tiež bude kontrolovať hlasitosť rečového výstupu na vlnovom štíte Freeduino a bude pohybovať ústami, aby simulovalo rozprávanie v závislosti od hlasitosti hovoreného slova. Definícia I2C: I2C je tiež známa ako TWI [Two Wire Interface] je jednoduchý spôsob prepojenia viacerých zariadení (až 128!) Pomocou dvoch dátových káblov a spoločného uzemnenia. Aktualizácia: Do skici Arduino som pridal funkciu blikania. Robot teraz bude blikať v intervaloch 2-11 sekúnd, rovnako ako človek.

Krok 24: Otestujte rozhranie I2C

Stiahnite si tento náčrt a načítajte ho na Waveshield Freeduino, ktorý odošle slová „behappy;“a potom „besad;“cez rozhranie I2C k TLC ovládajúcemu Freeduino v dvojsekundových intervaloch, dúfajme, že robot prejde zo šťastného do smutného v dvojsekundových intervaloch.

Krok 25: Váš takmer hotový! Len nejaký kód na načítanie…

Načítajte konečnú verziu kódu Waveshield Freeduino. Malo by trvať všetky slová, ktoré zadáte do sériového monitora, a vysloviť ich (pokiaľ na to majú súbory.wav) a mali by odovzdávať výrazové príkazy ako „behappy;“a "besad;" na Freeduino ovládajúce TLC prostredníctvom rozhrania I2C. Poznámka: Zoznam príkazov je rovnaký pre predchádzajúci testovací kód TLC (pozri krok 17), okrem toho, že do každého príkazu pre výraz musíte pridať bodkočiarku. EX. Ak chcete, aby bol robot smutný a povedal „Cítim sa smutný“, zadajte: besad; Je mi smutno. Aktualizácia: Skica Waveshield teraz správne používa interpunkciu (tj. Bodky a čiarky, ale nie body výkričníka).

Krok 26: Namontujte všetko na skrinku robota a máte hotovo

Namontujte všetky Freeduinos na zadnú stranu škatule pomocou drôtov. Zatvorte hornú klapku škatule pomocou drôtov a máte hotovo! Teraz keby to aspoň mohlo skontrolovať môj e -mail. Hmmmm ……. Ďakujem, že ste si prečítali tento návod! Pripomienky sú vždy vítané k čomukoľvek!

Druhá cena v súťaži Arduino