Голова робота направлена к свету. Из переработанных и повторно используемых материалов: 11 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Если кто-то задается вопросом, может ли робототехника поставляться с пустым карманом, возможно, это руководство даст ответ. Переработанные шаговые двигатели из старого принтера, использованные мячи для пинг-понга, свечи, использованная бальза, проволока из старой вешалки, использованная эмалированная проволока - вот некоторые из материалов, которые я использовал для изготовления этой головы робота. Я также использовал четыре серводвигателя, один моторный щит Adafruit и Arduino UNO. Все это было повторно использовано из других проектов, в которых они были подвергнуты жестокому обращению! Все производители знают, что этого нельзя избежать в целях экономии.

Поскольку не существует роботов, не взаимодействующих с окружающей средой, этот имеет тенденцию поворачиваться и смотреть в самое яркое место вокруг. Он сделан из самых дешевых датчиков: фотоэлементов. Они не самые надежные, но достаточно надежные, чтобы сделать что-то достойное.

Шаг 1. Используемые материалы

1. Arduino UNO
2. Моторный щит Adafruit V2
3. сервопривод SG90 X 3
4. один сервопривод MG995 для поворота шеи
5. шаговый двигатель, я использовал один 20-летний, это не обязательно должен быть двигатель с высоким крутящим моментом
6. макет 400 и перемычки
7. три фотоэлемента и три резистора 1K, 1 / 4W
8. Трансформатор постоянного тока 6В для питания сервоприводов через макетную плату
9. 3 мяча для пинг-понга
10. пенопластовая панель
11. бальзовое дерево
12. жесткий провод
13. пластиковая и медная трубка диаметром 20 см более чем достаточно
14. Дерево 15X15 см в качестве основы
15. две картонные трубки из кухонной бумаги
16. небольшие железные стержни для противовеса

Шаг 2: делаем глазные яблоки

1. Вы должны разрезать мяч для пинг-понга на две полусферы.
2. Зажгите свечу над вырезанным шаром, и вы сможете его обработать воском. Так получается маслянистый вид. Я не художник, но мне кажется, так это выглядит более естественно.
3. Затем вам нужно сделать из бальзового дерева диск толщиной 1 см, который должен поместиться в вырезанный шар (полусфера).
4. Наконец просверлите футляр (неглубокое отверстие) для линзы глаза. Затем вы можете поместить туда то, что должно выглядеть как линза глаза.

Шаг 3: создание механизма движения глаз

Основная идея создания этого механизма состоит в том, чтобы глаз мог вращаться вокруг двух осей одновременно. Один вертикальный и один горизонтальный. Эти оси вращения должны быть установлены так, чтобы они пересекались с центром глазного яблока, иначе движение не могло бы выглядеть естественным. Таким образом, этот упомянутый центр расположен в центре бальзового диска, который приклеен к полусфере для пинг-понга.

Приложенные усилия потребовали обработки тривиальных материалов, чтобы это произошло. Следующая серия фотографий показывает путь.

На фотографиях вы видите белую и металлическую трубку, которые хорошо сочетаются друг с другом. Белый раньше был шестом для маленького флага, а металлический - медной трубкой. Я выбрал их, потому что они хорошо сочетаются друг с другом и имеют диаметр всего несколько миллиметров. Фактический размер не важен. Вы можете использовать любой другой, который справится с этой работой!

Шаг 4: проверка движений

Поскольку не использовалось какое-либо программное обеспечение для моделирования, единственный способ определить пределы движений, исходящих от сервоприводов, - это фактическое физическое тестирование. Этот способ показан на картинках для поворота глаз вверх и вниз. Определение пределов необходимо, поскольку вращение сервоприводов также имеет ограничения и ожидания для движения глаз, чтобы выглядеть как можно более естественно, также устанавливает ограничения.

Чтобы определить процедуру, связанную с показанными изображениями, я мог бы сказать:

1. соединить проушину с сервоприводом проводом
2. поверните рукой рычаг сервопривода так, чтобы глазок занял крайнее положение (вперед и назад)
3. проверьте положение сервопривода, чтобы глаз мог принять эти положения
4. сделать (вырезать или подобное) место, чтобы сервопривод занял твердое положение
5. после установки сервопривода еще раз проверьте, возможны ли еще крайние положения для глаза.

Шаг 5: Делаем веки

1. Измерьте расстояние между реальными глазами.
2. Нарисуйте два полукруга диаметром, равным глазам, и нарисуйте их на пенопласте с расстоянием между центрами, измеренным на шаге 1.
3. Вырежьте то, что вы нарисовали.
4. Разрежьте мяч для пинг-понга на четыре части.
5. Приклейте каждый отрезанный кусок шарика для пинг-понга к одному из двух вырезанных полукругов.
6. Отрежьте небольшие кусочки трубок, как показано на последней фотографии, и приклейте их так, чтобы они выровнялись. Смотрите последнюю фотографию для желаемого наконечника

Шаг 6: Окончательный вид механизмов глаз и век

Есть некоторые очевидные неточности, но, учитывая чрезвычайно низкую стоимость и "мягкие" материалы, которые я использовал, результат мне кажется удовлетворительным!

На фото видно, что сервопривод, который поворачивает веки, на самом деле движется в одном направлении и оставляет работу пружине для другого!

Шаг 7: Изготовление механизма шеи

Голова должна иметь возможность поворачиваться влево или вправо, скажем, на 90 градусов в любом направлении, а также вверх и вниз, не так сильно, как горизонтальное вращение, скажем, на 30 градусов вверх и вниз.

Я использовал степпер, который поворачивает голову по горизонтали. Небольшой кусок картона служит платформой с низким коэффициентом трения для механизма, такого как мускус (лицо). На первой картинке изображена механика. Шаговый двигатель увеличивает горизонтальное вращение после того, как горизонтальное вращение глаза достигает своего верхнего левого или правого предела. Тогда есть также ограничение на последующее вращение шаговых двигателей.

Для вращения головок вверх и вниз я использовал сервопривод, как это видно на втором рисунке. Плечо сервопривода действует как сторона гибкого параллелограмма, а сторона, параллельная ему, действует как основание для шагового двигателя. Таким образом, когда сервопривод поворачивается, основание шагового двигателя вращается одинаково. Две другие стороны этого параллелограмма представляют собой два куска жесткого кабеля, которые имеют вертикальное направление и остаются параллельными друг другу при движении вверх и вниз.

Шаг 8: Шейный механизм 2-е решение

На этом этапе вы можете увидеть другое возможное решение - повернуть голову по горизонтали и вертикали. Один шаговый степпер совершает горизонтальное вращение, а второй - вертикальное. Для этого необходимо приклеить степперы, как показано на рисунках. Сверху верхнего степпера должен быть закреплен ушной механизм с мускусом.

В качестве недостатка такого подхода я мог бы указать способ закрепления нижнего степпера на деревянной вертикальной плоскости. Это может после некоторого использования стать нестабильным.

Шаг 9: Создание системы датчиков местоположения источника света

Чтобы разместить источник света в трех измерениях, вам понадобится как минимум три световых датчика. В данном случае три LDR.

Два из них (размещенные на одной горизонтальной линии с нижней частью головы) должны быть способны определять разницу плотностей световой энергии по горизонтали, а третий (размещенный в верхней части головы) должен показывать нам разницу в плотности световой энергии по горизонтали. среднее измерение двух нижних разницы плотности световой энергии по вертикали.

Сопровождающий файл pdf показывает вам способ найти наилучший наклон трубок (соломинок), содержащих LDR, чтобы получить более достоверную информацию о местоположении источника света.

С помощью данного кода вы можете проверить светочувствительность с помощью трех LDR. Каждый LDR активирует соответствующий светодиод, который загорается линейно в зависимости от поступающего количества световой энергии.

Для тех, кто хочет более сложных решений, я даю фотографию экспериментального устройства, которое показывает, как найти лучший наклон (угол φ) для труб LDR, чтобы при одинаковом угле θ падающего света вы получали наибольшую разницу в Измерения LDR. Я включил план, чтобы объяснить углы. Я думаю, что это не то место для получения дополнительной научной информации. В результате я решил использовать наклон в 30 градусов (хотя лучше 45)!

Шаг 10: И несколько советов по… электронике

Наличие 4 сервоприводов делает невозможным их питание напрямую от Arduino. Поэтому я запитал их от внешнего источника питания (я использовал тривиальный трансформатор) на 6В.

Шаговый двигатель питался и управлялся через Adafruit Motorshield V2.

Фотоэлемент управлялся от arduino uno. Прилагаемый pdf-файл содержит более чем достаточно информации для этого. В схеме LDR я использовал резисторы 1 кОм.

Шаг 11: несколько слов для кода

Стратегия архитектуры кода состоит в том, что процедура цикла void содержит только несколько строк и несколько подпрограмм, по одной для каждой задачи.

Прежде чем что-либо делать, голова принимает исходное положение и ждет. Исходное положение означает, что веки закрыты, глаза смотрят прямо под веками, а вертикальная ось головы перпендикулярна горизонтальной плоскости опорного основания.

Сначала робот должен проснуться. Таким образом, пока он неподвижен, он получает световые измерения, ожидая внезапного и большого увеличения (вы можете решить, насколько сильно), чтобы начать движение.

Затем он сначала поворачивает глаза в правильном направлении, и если они не могут достичь самой яркой точки, голова начинает двигаться. Каждое вращение имеет предел, обусловленный физическими ограничениями механизмов. Таким образом, другая конструкция может иметь другие ограничения в зависимости от механики конструкции (геометрии).

Дополнительный совет касается скорости реакции робота. На видео робот намеренно замедлен. Вы можете легко это ускорить, отключив задержку (500); который помещается в цикл void () кода!

Удачи с изготовлением!