Robottipää suunnattu valoon. Kierrätetyistä ja uudelleenkäytetyistä materiaaleista: 11 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Jos joku ihmettelee, voiko robotiikalla olla tyhjä tasku, ehkä tämä opettavainen voi antaa vastauksen. Kierrätetyt askelmoottorit vanhasta tulostimesta, käytetyt pingispallopallot, kynttilät, käytetty balsa, lanka vanhasta ripustimesta, käytetty emaloitu lanka olivat joitain materiaaleja, joita olen käyttänyt tämän robottipään tekemiseen. Olen käyttänyt myös neljää servomoottoria, yhtä adafruit -moottorisuojaa ja arduino UNO: ta. Kaikki nämä hyödynnettiin uudelleen muista projekteista, ja ne raivostettiin! Kaikki valmistajat tietävät, että tämä on väistämätöntä säästääkseen rahaa.

Koska ei ole robottia ilman vuorovaikutusta ympäristön kanssa, tällä on taipumus kääntyä kohti ja katsoa kirkkaimpaan kohtaan ympärillä. Tämä on valmistettu kaikkien aikojen halvimmista antureista: valokennoista. Ne eivät ole kaikkein luotettavimpia, mutta riittävän luotettavia tekemään jotain kunnollista.

Vaihe 1: Käytetyt materiaalit

1. Arduino UNO
2. Adafruit -moottorisuoja V2
3. servo SG90 X 3
4. yksi servo MG995 kaulan kääntämiseksi
5. askelmoottori, olen käyttänyt yhtä 20 vuotta vanhaa, sen ei tarvitse olla suuren vääntömomentin moottori
6. leipälauta 400 ja hyppyjohdot
7. kolme valokennoa ja kolme 1K, 1/4 W vastusta
8. DC -muuntaja 6V servojen syöttämiseksi leipälevyn läpi
9. 3 pingispallopalloa
10. vaahtolevy
11. balsapuu
12. kova lanka
13. Muovi- ja kupariputki, jonka halkaisija on 20 cm, sopivat toisiinsa
14. Pohjana 15 x 15 cm puu
15. kaksi kartonkiputkea talouspaperista
16. pienet raudatangot vastapainoa varten

Vaihe 2: Silmien luominen

1. Sinun on leikattava pingispallon kaksi puolipalloa
2. Sytyttämällä kynttilän leikatun pallon päälle voit itse vahata sen. Se saa tällä tavalla öljyisen ilmeen. En ole taiteilija, mutta mielestäni se näyttää luonnollisemmalta tällä tavalla.
3. Sitten sinun on tehtävä levy 1 cm paksuisesta balsapuusta, jonka pitäisi sopia leikattuun palloon (pallonpuolisko).
4. Poraa lopuksi kotelo (matala reikä) silmälinssille. Sitten voit laittaa sinne silmänlinssin näköisen.

Vaihe 3: Silmien liikemekanismin luominen

Tämän mekanismin suunnittelun pääidea on, että silmän pitäisi pystyä kääntymään kahden akselin ympäri samanaikaisesti. Yksi pystysuora ja yksi vaakasuora. Nämä pyörimisakselit on asetettava siten, että ne leikkaavat silmän pallon keskikohtaan, muuten liike ei voi näyttää luonnolliselta. Joten tämä mainittu keskus on sijoitettu balsalevyn keskelle, joka on liimattu pingispongin pallonpuoliskoon.

Ponnistelut joutuivat hallitsemaan triviaaleja materiaaleja tämän toteuttamiseksi. Seuraavat kuvasarjat näyttävät tien.

Kuvissa näkyy valkoinen ja metalliputki, jotka sopivat hyvin toisiinsa. Valkoinen oli aiemmin pylväs pienelle lipulle ja metalli on kupariputki. Valitsin ne, koska ne sopivat hyvin toisiinsa ja niiden halkaisija on vain muutama mm. Todellisella koolla ei ole väliä. Voit käyttää mitä tahansa muuta, joka voi tehdä työn!

Vaihe 4: Liikkeiden testaaminen

Koska mitään simulointiohjelmistoja ei käytetty, ainoa tapa löytää servojen liikerajat on todellinen fyysinen testaus. Tämä tapa näkyy kuvissa silmien kääntämiseksi ylös ja alas. Rajat on löydettävä, koska servojen pyörimisellä on myös rajoituksia ja odotuksia silmien liikkeelle, jotta ne näyttävät mahdollisimman luonnollisilta.

Esiteltyihin kuviin liittyvän menettelyn määrittämiseksi voisin sanoa:

1. yhdistä silmä servoon langalla
2. käännä servovipua kädelläsi niin, että silmä ottaa ääriasennon (edestakaisin)
3. tarkista servon asento, jotta silmä voi ottaa nämä asennot
4. tee (leikkaa tai vastaava) paikka, jossa servo ottaa tukevan asennon
5. tarkista servon asentamisen jälkeen uudelleen, ovatko silmän ääriasennot vielä mahdollisia.

Vaihe 5: Silmäluomien valmistus

1. Mittaa silmien välinen etäisyys.
2. Suunnittele kaksi puoliympyrää, joiden halkaisija on sama kuin silmät, ja piirrä ne vaahtolevylle, jonka keskipisteiden välinen etäisyys on mitattu vaiheessa 1.
3. Leikkaa piirtämäsi.
4. Leikkaa pingispallo neljään osaan.
5. Liimaa jokainen leikattu kappaletta pingispallopalloa yhteen kahdesta juuri leikatusta puoliympyrästä.
6. Leikkaa pieniä paloja putkia viimeisen kuvan mukaisesti ja liimaa ne niin, että ne ovat linjassa. Katso viimeinen kuva halutusta päätykappaleesta

Vaihe 6: Silmien ja silmäluomien mekanismien lopullinen näkymä

Joitakin ilmeisiä epätarkkuuksia on, mutta kun otetaan huomioon erittäin alhaiset kustannukset ja käyttämäni "pehmeät" materiaalit, tulos näyttää tyydyttävältä!

Kuvasta näkyy, että silmäluomia kääntävä servo todella liikkuu yhteen suuntaan ja jättää työn jouselle toiselle!

Vaihe 7: Kaulamekanismin luominen

Pään pitäisi pystyä kääntymään vasemmalle tai oikealle, esimerkiksi 90 astetta kumpaankin suuntaan ja myös ylös ja alas, ei niinkään vaakasuoraan, esimerkiksi 30 astetta ylös ja alas.

Olen käyttänyt askelinta, joka kiertää päätä vaakasuoraan. Pieni pahvipala toimii matalan kitkan alustana mekanismille, kuten myski (kasvot). Ensimmäisessä kuvassa on mekaniikka. Askeltaja laajentaa vaakasuuntaista kiertoa sen jälkeen, kun vaakasilmän kierto saavuttaa vasemman tai oikean ylärajan. Sitten on myös rajoitus porrastajien kierron seuraamiseen.

Ylös- ja alaspäiden kiertoon olen käyttänyt servoa, kuten toisesta kuvasta näkyy. Servovarsi toimii taipuisan yhdensuuntaisen suunnan sivuna, kun sen yhdensuuntainen sivu toimii askeleen pohjana. Joten kun servo kääntää askelman pohja kääntyy tasaisesti. Tämän rinnakkaiskuvion kaksi muuta puolta ovat kaksi kovaa kaapelia, joiden suunta on pystysuora ja jotka pysyvät yhdensuuntaisina toisiaan liikuttaessa ylös ja alas.

Vaihe 8: Kaulamekanismin toinen ratkaisu

Tässä vaiheessa näet toisen mahdollisen ratkaisun pään kääntämiseksi vaaka- ja pystysuunnassa. Yksi porrasaskel tekee vaakasuoran pyörimisen ja toinen pystysuoran. Tämän toteuttamiseksi askelmat tulee liimata kuvien mukaisesti. Ylemmän askelman päälle on kiinnitettävä silmämekanismi myskin kanssa.

Tämän lähestymistavan haittapuolena voisin osoittaa tavan, jolla alempi askelma on kiinnitetty puiseen pystytasoon. Tämä voi muuttua käytön jälkeen epävakaaksi.

Vaihe 9: Valonlähteen paikannusjärjestelmän tekeminen

Valonlähteen paikantamiseksi kolmessa ulottuvuudessa tarvitset vähintään kolme valoanturia. Tässä tapauksessa kolme LDR: ää.

Kaksi niistä (sijoitettu samaan vaakasuoraan linjaan pään alaosaan) pitäisi pystyä kertomaan valon energiatiheysero horisontaalisesti ja kolmannen (sijoitettuna pään yläosaan) pitäisi näyttää meille verrattuna kahden alemman keskimääräinen mittaus valon energiatiheysero pystysuunnassa.

Oheinen pdf -tiedosto näyttää tavan löytää LDR: itä sisältävien putkien (olkien) paras kaltevuus, jotta luotettavammat sijaintitiedot voidaan toimittaa valonlähteelle.

Annetulla koodilla voit testata valotunnistusta kolmella LDR: llä. Jokainen LDR aktivoi vastaavan LED -valon, joka syttyy lineaarisesti suhteessa tulevaan valoenergian määrään.

Niille, jotka haluavat kehittyneempiä ratkaisuja, annan kuvan kokeellisesta laitteesta, joka näyttää kuinka löytää paras kaltevuus (kulma φ) LDR -putkille niin, että samalla kulmalla θ saapuvasta valosta saadaan suurin ero LDR -mittaukset. Olen sisällyttänyt suunnitelman kulmien selittämiseksi. Mielestäni tämä ei ole oikea paikka saada enemmän tieteellistä tietoa. Tämän seurauksena olen päättänyt käyttää 30 asteen kaltevuutta (45 on kuitenkin parempi)!

Vaihe 10: Ja muutamia vinkkejä… Elektroniikka

4 servon käyttö tekee mahdottomaksi käyttää niitä suoraan arduinosta. Joten virransin ne ulkoisesta virtalähteestä (käytin triviaalia muuntajaa) 6 V: lla.

Askelmoottoria käytettiin ja hallittiin Adafruit Motorshield V2: n kautta.

Valokennoa hallittiin arduino uno -laitteelta. Liitteenä oleva pdf sisältää enemmän kuin tarpeeksi tietoa siihen. LDR -piirissä olen käyttänyt 1K -vastuksia.

Vaihe 11: Muutama sana koodille

Koodiarkkitehtuurin strategiana on, että void loop -rutiini sisältää vain muutaman rivin ja on olemassa muutama rutiini, yksi kutakin tehtävää varten.

Ennen kuin tekee mitään, pää ottaa alkuasennon ja odottaa. Lähtöasento tarkoittaa, että silmäluomet ovat kiinni, silmät katsovat suoraan eteenpäin silmäluomien alla ja pään pystysuora akseli on kohtisuorassa tukijalan vaakatasoon nähden.

Ensin robotin pitäisi herätä. Joten kun se seisoo paikallaan, se saa valomittauksia odottamassa äkillistä ja suurta nousua (voit päättää kuinka paljon) aloittaaksesi liikkeen.

Sitten se kääntää ensin silmät oikeaan suuntaan ja jos he eivät pääse kirkkaimpaan kohtaan, pää alkaa liikkua. Jokaisella kierroksella on rajansa, joka tulee mekanismien fyysisistä rajoista. Joten toisella rakenteella voi olla muita rajoja riippuen rakenteiden (geometrian) mekaniikasta.

Ylimääräinen kärki liittyy robotin reaktionopeuteen. Videolla robotti on tarkoituksella hidas. Voit nopeuttaa tätä helposti deaktivoimalla viive (500); joka on sijoitettu koodin onttoon silmukkaan ()!

Onnea tekemiseen!