Animatronics Basics - servomoottori: 8 vaihetta

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

Olipa kyseessä iloinen loma -esitys tavaratalon ikkunassa tai pelottava Halloween -kepponen, mikään ei herätä huomiota kuin animoitu nukke.

Näitä elektronisesti ohjattuja animaatioita kutsutaan toisinaan "animatroniikoiksi", ja tämä ohje opettaa sinulle, kuinka tehdä kaikkein peruslaji, jota ohjataan yhdellä servomoottorilla.

Käytämme Arduino -mikrokontrolleria aivoina, ja näemme kuinka potentiometri ja servo toimivat sisällä, ja opetamme myös kolmen eri ohjausmenetelmän rakentamista:

1 - Jatkuva liike

2 - Kauko -ohjattu liike

3 - Liipaiseva liike (valoanturin avulla)

Vaihe 1: Osaluettelo

Tarvitset mikro -ohjaimen (ensimmäisessä kuvassa on Arduino osoitteesta https://adafru.it sekä budjettiosien paketti yhteensä 30 dollaria) ja servomoottorin (pieni Tower -versio näkyy toisessa kuvassa Joidenkin liittimien kanssa samasta kaupasta hintaan 12 dollaria) Tarvitset myös pienen kondensaattorin tai tehokkaamman jännitelähteen, jos käytät useita servomoottoreita (9 V: n seinälaturi Arduinolle toimii)

Mikro -ohjain on koko PC -tietokone yhdellä sirulla. Ilmeisesti ei ole yhtä tehokas kuin kotitietokoneesi, sillä on erittäin suuri RAM -muisti, ei levyasemaa, ei näppäimistöä tai hiirtä, mutta se on todella hyvä hallitsemaan asioita (tästä syystä nimi). Löydät yhden näistä siruista monien jokapäiväisten esineiden, kuten pesukoneiden ja automaattisten polttoainesuuttimien, sisältä.

"Arduino" -mikro -ohjaimet lisäävät myös muita piirejä, jotka yhdistävät sen ulkomaailmaan ja asettavat sen kätevälle levylle.

Huomaa, että "budjettiosien sarjassa" on muutama johto, vastukset, LED -valot ja sininen nuppi, joita kutsutaan potentiometreiksi. Lisätietoja potentiometreistä seuraavassa vaiheessa.

Lopuksi tarvitset servomoottorin, ja sen mukana tulee ruuviliittimiä sen kiinnittämiseksi liikkuvaan nukkeesi. Käytämme X -muotoista liitintä tässä oppitunnissa.

Vaihe 2: Potentiometrin tarkistus

Potentiometri on lähinnä himmennin - tai elektroniikan terminologialla - muuttuvan vastuksen pari. Kääntämällä nuppia saat yhden vastuksen suuremmaksi ja toisen pienemmäksi.

Suurimman osan ajasta käytämme potentiometriä (jota joskus kutsutaan "potiksi") ohjaamaan jännitettä yllä olevan piirikaavion avulla.

Vasemmassa kuvassa näkyy varsinainen potti, jossa ylä- ja alajohdot on kytketty jännitteeseen +5 ja maahan, ja keskijohto antaa halutun jännitteen. Keskikaaviossa näkyy potin symboli ja viimeisessä kaaviossa vastaava piiri.

Kuvat ovat kohteliaita Wikimedia.org

Vaihe 3: Servomoottorin tarkastelu

Servomoottorissa on neljä pääosaa.

1. Moottori, joka voi kääntyä eteen- ja taaksepäin, yleensä suurella nopeudella ja vääntömomentilla.

2. Sijainnin havaitsemisjärjestelmä, joka voi kertoa, missä kulmassa servomoottori on tällä hetkellä

3. Vaihdejärjestelmä, joka voi ottaa monta moottorin kierrosta ja tehdä siitä pienen kulmaliikkeen.

4. Ohjauspiiri, joka voi korjata todellisen kulman ja halutun asetuspistekulman välisen virheen.

Osat 1 ja 2 näkyvät ensimmäisessä kuvassa. Huomaa, että osa 2 on potentiometri.

Osa 3 näkyy toisessa kuvassa.

Osa 4 näkyy kolmannessa kuvassa.

Vaihe 4: Toistuva liike

Tässä aiomme saada nukkemme "Benderin" pään kääntymään vasemmalle ja oikealle edestakaisin, kunhan virta on kytketty USB -kaapelilla. Tämä on loistava hauska loma -esitys, jonka haluat liikkua koko päivän.

Arduinon mukana tulee integroitu kehitysympäristö (IDE), joka on hieno tapa sanoa, että sen mukana tulee tietokoneesi sovellus, jonka avulla voit antaa sille ohjeita (Arduino IDE -kuvake on sivusuunnassa oleva kuva 8). Nämä ohjeet säilyvät taululla, vaikka irrotat tietokoneen, ja ne alkavat toimia uudelleen, kun kytket virran uudelleen Arduinoosi. Tässä tapauksessa käytämme ohjelmistoa nimeltä "Sweep", jonka löydät IDE -esimerkeistä luokasta "Servo".

Seuraavaksi kytket servon kondensaattoriin, joka on stabiloitu 5 volttia (punainen Servo -johto Arduino +5: een, ruskea Servo -johto Arduino GND: hen) ja ohjaussignaaliin (keltainen Servo -johto Arduino -ulostulonappiin 9). Nuken pää on valinnainen;-)

YKSITYISKOHDAT:

Jos yllä oleva oli hieman hämmentävää, yksityiskohtaiset ohjeet ovat seuraavat:

Vaihe A - Arduinon ohjelmointi

• Avaa Arduino IDE (sen pitäisi olla kuvake 8 -kuvake työpöydälläsi)
• Varmista "Työkalut" -kohdassa, että "Board" -asetukseksi on valittu "Arduino/Genuino Uno".
• Liitä Arduino -laitteisto tietokoneeseen USB -kaapelilla
• Varmista, että "Työkalut" -kohdan "Portti" -asetus on määritetty myös Arduinolle.
• Valitse "Tiedostot" -kohdasta "Esimerkki" nimeltä "Pyyhkäise" (löydät sen kohdasta "Servot")
• Ennen kuin käytät tai muokkaat tätä tiedostoa, valitse”Tallenna nimellä” eri tiedostonimi (voi olla nimesi tai minkä tahansa valitsemasi). Tämä säilyttää tiedoston muuttumattomana seuraavalle oppilaalle, joka käyttää tätä tietokonetta.
• Käytä nuolipainiketta (tai valitse "Sketch" -kohdasta "Upload") ladataksesi Sweep -luonnoksen Arduinolle

Vaihe B - Servomoottorin liittäminen lakaisuun

Tässä osassa rakennamme muunnelmia piireistä, jotka on kuvattu osoitteessa https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso… Yhdistämme Servon punaiset ja ruskeat johdot Ardiunon +5: een ja GND: hen, vastaavasti. Laitamme myös jännitteen tasaavan kondensaattorin tämän jännitteen poikki, ja lopuksi liitämme servon keltaisen johdon Arduinon lähtötappiin 9.

• Irrota Arduino USB -portista, kun rakennat piiriä.
• Käytämme Arduino -levyn 5 V: n ja maadoitusta, joten tuo ne leipälautaasi punaisella ja vihreällä johdolla.
• Koska virta voi olla hieman heikko USB -portista (ei paljon virtaa ja servomoottori voi aiheuttaa Arduino -levyn nollautumisen alhaisen virran vuoksi), asetamme kondensaattorin tämän jännitteen poikki ja varmistamme, että johto on merkitty "miinus - "On maanpinnan puolella.
• Liitä nyt Servon langallinen punainen (+5) ja ruskea (maa) leipälevyyn.
• Lopullinen sähköliitäntä on ohjaussignaalin liitäntä. SWEEP -ohjelma lähettää Arduinon nastan #9 ohjaussignaalin lähettämiseen, joten kytke tämä servomoottorin keltaiseen (ohjaus) johtoon.
• VALINNAINEN - Voit asettaa haluamasi Animatronic -pään ja sen jalustan servomoottorin päälle ennen sen testaamista. Ole lempeä, koska istuvuus ei ole täydellinen ja muoviosat rikkoutuvat.
• Sinun pitäisi pystyä käyttämään USB -virtaa Arduinoon ja SWEEP -ohjelman pitäisi toimia, jolloin servomoottori pyyhkäisee edestakaisin.

Vaihe C - SWEEP -ohjelman muokkaaminen

• Ennen kuin käytät tai muokkaat tätä tiedostoa, valitse”Tallenna nimellä” eri tiedostonimi (voi olla nimesi tai minkä tahansa valitsemasi). Luultavasti teit tämän jo vaiheessa A. Kirjoita jokaiseen alla olevaan osaan havaintosi sekä koodiin tekemäsi muutokset.
• Mittaa sekuntikellolla, kuinka kauan kestää pyyhkäisy kokonaan ja taaksepäin _
• Teet muutoksia ohjelmistoon (joskus kutsutaan "koodiksi" tai "luonnokseksi")
• Muuta molemmat "Viive" -arvot 15: stä toiseen Suurempi luku (valitse pyöristyskerroin 15 laskelmien helpottamiseksi). Mitä arvoa käytit? _. Mitä luulet uudesta SWEEP -ajasta? _. Mittaa uusi SWEEP -aika ja merkitse mahdolliset erot _.
• Vaihda viiveet takaisin 15: ksi ja muuta nyt asentokulmat 180: sta yksinkertaisesti 90: ksi (molemmat arvot). Mikä on servomoottorin uusi liikealue (90 astetta tai enemmän tai vähemmän?) _.
• Jätä liikealue 90 asteeseen, alenna viive alle 15: een. Kuinka pienelle numerolle voit mennä, ennen kuin servo alkaa käyttäytyä epäsäännöllisesti tai ei enää täytä koko liikealuetta? _

Näiden vaiheiden suorittamisen jälkeen sinulla on kaikki tarvittavat mittaukset ja harjoitukset, jotta voit olla valmis käyttämään servomoottoriasi hallitsemaan erilaisia toistuvia edestakaisin anatatronisia liikkeitä missä tahansa pienestä kulmasta aina 180 asteeseen asti. monenlaisilla nopeuksilla, joita voit hallita.

Vaihe 5: Kauko -ohjattu liike

Sen sijaan, että toistaisimme samaa liikettä koko päivän ajan, tässä vaiheessa kauko -ohjaamme animatronisen nukkemme "C3PO" asentoa katsoaksesi vasemmalle ja oikealle ja mihin tahansa välissä olevaan asentoon. Koska ihminen tekee ohjauksen, kutsumme tätä "avoimen silmukan" ohjaukseksi.

Avoimen silmukan ohjauksella voit hallita servomoottorin tarkkaa asentoa. Tarvitsemme nuppia kääntääksesi, ja käytämme sinistä potentiometriä tähän.

• Tarvitsemme toisen paikan leipälaudalla, jossa on +5 ja 0 (maa) volttia. Aja nämä hyppyjohtimet erillisille riveille leipälaudalla ja aseta ne yhden rivin päähän toisistaan, jotta ne vastaavat hetken kuluttua lisättävän potentiometrin ulkoisia tappeja.
• Lisää nyt potentiometri. Ennen kuin työnnät potentiometrin tapit leipälevyyn, varmista, että kaikki kolme ovat oikeilla rei'illä ja työnnä tapit suoraan alas, jotta ne eivät taipu. Potentiometrin keskitappi kytketään Arduinon analogiseen tuloon nollaan (A0). Tätä varten lisätään lisäjohto.
• Jotta voisimme lukea jännitteen potentiometristä ja käyttää sitä servomoottorin ohjaamiseen, käytämme KNOB -ohjelmistoa, joka löytyy myös kohdasta Tiedosto -> Esimerkit -> Servo. Suorita ohjelma, käännä nuppia ja tallenna havaitsemasi.

Luonnollisesti voit käyttää joitakin erittäin pitkiä johtoja niin, että säätönuppi on eri huoneessa kuin animatronic -nukke, tai voit olla vain lyhyen matkan päässä (esimerkiksi kameran laukaus, jos teet elokuvan).

Vaihe 6: Liipaiseva liike (anturin avulla)

Joskus haluat, että nukke liikkuu yhtäkkiä - erityisesti pelottaville Halloween -kepposille tai saadaksesi entistä enemmän huomiota. Tässä vaiheessa määritämme nukkeemme "Pääsiäissaaren pää" uudelleen kääntymään nopeasti ja kohtaamaan sen, joka kulkee ohi ja heittää varjon valosensorin päälle.

Servomoottorin anturiohjauksen tapauksessa käytämme valoanturia, joka ohjaa servomoottorin tarkkaa asentoa. Mitä tummempi varjo heijastuu anturiin (ja oletettavasti mitä lähempänä henkilö kävelee nuken luo), sitä nopeammin ja kauemmas nukke kääntää päänsä.

• Poistamme potentiometrin ja korvaamme sen vastaavalla kahden vastuksen piirillä. Tässä tapauksessa toinen kahdesta vastuksesta (R2) on valoanturi.
• Antaaksemme meille tilaa levitämme +5V (vasen) ja 0V maadoitus (oikea) puskurit, jotta voimme lisätä 10K ohmin vastuksen ja valoanturin, joka on kytketty keskelle samaan riviin analogisen tulon johtavan hyppyjohdon kanssa nolla (A0) Arduino -kortilla.
• Peitä valosensori kätesi varjolla ja käytä muita keinoja saada valotunnistin saamaan eniten ja mahdollisimman vähän valoa. Pystytkö saamaan täyden 180 asteen liikealueen?

Aivan kuten kauko -ohjainversiossa, voit sijoittaa valokuvavastan hyvälle etäisyydelle animatronic -nukestasi, ja voit muuttaa vastuksen arvoja tai ohjelmiston ohjelmointia muuttaaksesi nukkereaktioita.

Vaihe 7: Kokeile nyt

Nyt olet oppinut kolme peruslajia animatronic -liikettä, jotka voit luoda yhdellä servomoottorilla.

- Toistuva liike

- Kauko -ohjattu liike

- Liike laukaistaan antureilla

Voit viedä tämän seuraavalle tasolle käyttämällä erilaisia nukkeja, liikettä, säätimiä ja luonnollisesti taiteellisuutta, jonka vain sinä voit luoda!