Cap robot dirigit a la llum. A partir de materials reciclats i reutilitzats: 11 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Si algú es pregunta si la robòtica pot acompanyar-se d’una butxaca buida, potser aquest instructiu pot donar una resposta. Motors pas a pas reciclats d’una antiga impressora, boles de ping pong, espelmes, balsa usada, filferro d’un penjador antic, filferro esmaltat utilitzat van ser alguns dels materials que he utilitzat per fabricar aquest cap robot. També he utilitzat quatre servomotors, un blindatge del motor adafruit i un arduino UNO. Tots aquests van ser reutilitzats d'altres projectes, que van ser salvatges! Tots els fabricants saben que això és inevitable per estalviar diners.

Com que no hi ha cap robot sense interacció amb l’entorn, aquest tendeix a girar i mirar cap al punt més brillant del voltant. Està format pels sensors més barats de la història: les fotocèl·lules. No són els més fiables, però són prou fiables per fer que alguna cosa sigui decent.

Pas 1: materials utilitzats

1. Arduino UNO
2. Escut motor Adafruit V2
3. servo SG90 X 3
4. un servo MG995 per girar el coll
5. motor pas a pas, he utilitzat un de 20 anys, no cal que sigui un motor de parell elevat
6. breadboard 400 i cables de pont
7. tres fotocèl·lules i tres resistències 1K, 1 / 4W
8. Transformador de CC de 6V per alimentar els servos a través de la placa
9. 3 pilotes de ping pong
10. tauler d'escuma
11. fusta de balsa
12. fil dur
13. El tub de plàstic i coure amb un diàmetre que encaixi l'un en l'altre, amb una longitud de 20 cm són més que suficients
14. Fusta de 15X15cm com a base
15. dos tubs de cartró de paper de cuina
16. petites barres de ferro per al contrapès

Pas 2: crear els globus oculars

1. Heu de tallar una bola de ping pong en dos semisferis
2. Encenent una espelma sobre la bola tallada, la podeu encerar. Presenta d’aquesta manera un aspecte greixós. No sóc artista, però crec que sembla més natural d’aquesta manera.
3. A continuació, heu de fer un disc a partir d’una fusta de balsa de 1cm de gruix, que ha d’encaixar a la bola tallada (hemisferi).
4. Per fi, foradeu un estoig (un forat poc profund) per a l’objectiu. Llavors podeu posar-hi allò que se suposa que sembla una lent d’ull.

Pas 3: Fent el mecanisme del moviment ocular

La idea principal per dissenyar aquest mecanisme és que l’ull ha de ser capaç de girar al voltant de dos eixos alhora. Una vertical i una horitzontal. Aquests eixos de rotació s’han de configurar de manera que interceptin al centre de la bola de l’ull, en cas contrari, el moviment no podria semblar natural. Per tant, aquest centre esmentat es col·loca al centre del disc de balsa que s’enganxa a l’hemisferi de ping pong.

L'esforç realitzat va haver de gestionar materials trivials perquè això passés. Les sèries de fotos que segueixen mostren el camí.

A les imatges es pot veure un tub blanc i un metall, que encaixen bé l’un en l’altre. El blanc solia ser un pal d’una bandera petita i el metall és una canonada de coure. Els vaig escollir perquè encaixen bé els uns amb els altres i tenen només uns pocs mm de diàmetre. La mida real no és important. Podeu utilitzar qualsevol altre que pugui fer la feina.

Pas 4: provar els moviments

Com que no s’utilitzava cap programari de simulació, l’única manera de trobar els límits dels moviments provinents dels servos és fer proves físiques reals. Aquesta manera es mostra a les imatges per girar els ulls cap amunt i cap avall. Cal trobar els límits, ja que la rotació dels servos també té límits i les expectatives del moviment dels ulls per tal de semblar el més natural possible també fixen límits.

Per definir un procediment relacionat amb les imatges mostrades, podria dir:

1. connectar l’ull amb el servo amb un cable
2. gireu amb la mà la servo palanca perquè l'ull prengui les seves màximes posicions (endavant i enrere)
3. comproveu la posició del servo per tal que l’ull pugui adoptar aquestes posicions
4. fes (tallat o similar) el lloc perquè el servo prengui una posició ferma
5. després de col·locar fermament el servo, torneu a comprovar si encara són possibles les màximes posicions per a l'ull.

Pas 5: elaboració de les parpelles

1. Mesureu la distància entre els ulls reals.
2. Planifiqueu dos semicercles amb un diàmetre igual als ulls i dibuixeu-los sobre un taulell amb una distància entre els centres mesurada al pas 1.
3. Retalla el que has dibuixat.
4. Tallar una bola de ping pong en quatre.
5. Enganxeu cada tros de bola de ping pong tallat a un dels dos semicercles acabats de tallar.
6. Talleu petits trossos de tubs tal com es veu a la darrera foto i enganxeu-los perquè s’alinein. Consulteu la darrera foto per trobar la peça final desitjada

Pas 6: Vista final dels mecanismes dels ulls i les parpelles

Hi ha algunes imprecisions evidents, però tenint en compte el cost extremadament baix i els materials "tous" que he utilitzat, el resultat em sembla satisfactori.

A la foto es pot veure que el servo que gira les parpelles realment es mou cap a una direcció i deixa el treball a una molla per l'altra.

Pas 7: Fer el mecanisme del coll

El cap hauria de ser capaç de girar a l’esquerra o a la dreta, per exemple, 90 graus en qualsevol direcció i també cap amunt i cap avall no tant com la rotació horitzontal, per exemple, 30 graus cap amunt i cap avall.

He utilitzat un pas a pas que gira el cap horitzontalment. Un petit tros de cartró serveix com a plataforma de baixa fricció per al mecanisme com el mesc (cara). La primera imatge mostra la mecànica. El pas a pas amplia la rotació horitzontal després que la rotació horitzontal dels ulls arribi al límit superior esquerre o dret. També hi ha un límit per seguir la rotació dels passos.

Per a la rotació dels capçals amunt i avall he utilitzat un servo com es pot veure a la segona imatge. El braç del servo actua com un costat del paral·lelogram flexible, on el costat paral·lel a aquest, actua com a base del pas a pas. Així, quan el servo gira, la base del pas a pas gira igual. Els altres dos costats d'aquest paral·lelogram són dues peces de cable dur que tenen direcció vertical i es mantenen paral·leles entre si mentre es mouen amunt i avall.

Pas 8: 2a solució del mecanisme del coll

En aquest pas podeu veure una altra possible solució per girar el cap horitzontalment i verticalment. Un pas a pas fa la rotació horitzontal i el segon la vertical. Perquè això passi, els passos s’han d’enganxar com es veu a les imatges. A la part superior del pas superior s’ha de fixar el mecanisme ocular amb el mesc.

Com a desavantatge d’aquest enfocament, podria assenyalar la manera com es fixa el pas inferior en un pla vertical de fusta. Això pot ser inestable després d'un cert ús.

Pas 9: elaboració del sistema de sensors de localització de la font de llum

Per localitzar una font de llum en tres dimensions, necessiteu almenys tres sensors de llum. Tres LDR en aquest cas.

Dos d’ells (situats a la mateixa línia horitzontal a la part inferior del cap) haurien de ser capaços de diferenciar horitzontalment la diferència de densitat d’energia lumínica i el tercer (situat a la part superior del cap) ens hauria de mostrar en comparació amb el mesurament mitjà dels dos inferiors, la diferència de densitat d'energia lluminosa verticalment.

El fitxer pdf acompanyant us mostra la manera de trobar la millor inclinació dels tubs (palletes) que contenen els LDR per portar la informació més fiable sobre la ubicació a la font de llum.

Amb el codi donat podeu provar la detecció de llum amb tres LDR. Cada LDR activa un LED corresponent que s’il·lumina linealment en relació amb la quantitat d’energia lumínica entrant.

Per a aquells que vulguin solucions més sofisticades, us dono una foto d’un dispositiu experimental que mostra com trobar la millor inclinació (angle φ) per als tubs LDR, de manera que per al mateix angle θ de llum entrant obtingueu la diferència més alta en Mesures de LDR. He inclòs un pla per explicar els angles. Crec que aquest no és el lloc adequat per obtenir més informació científica. Com a resultat, he arribat a utilitzar una inclinació de 30 graus (45 és millor, però).

Pas 10: i alguns consells per a … Electrònica

Tenir 4 servos fa impossible alimentar-los directament des d’arduino. Així que els vaig alimentar des d’una font d’alimentació externa (vaig fer servir un transformador trivial) amb 6V.

El pas a pas va ser alimentat i controlat mitjançant Adafruit Motorshield V2.

Les fotocèl·lules es controlaven des d’un arduino uno. El pdf adjunt inclou informació més que suficient per a això. Al circuit LDR he utilitzat resistències 1K.

Pas 11: poques paraules per al codi

L’arquitectura de codi té com a estratègia que la rutina de bucle buit conté només unes poques línies i hi ha algunes rutines, una per a cada tasca.

Abans de fer res, el cap adopta la seva posició inicial i espera. La posició inicial significa que les parpelles estan tancades, que els ulls es veuen rectes sota les parpelles i que l'eix vertical del cap és perpendicular a un pla horitzontal de la base de suport.

Primer el robot s’ha de despertar. Així, mentre es queda quiet, rep mesures de llum a l’espera d’un augment sobtat i gran (podeu decidir quant) per començar a moure’s.

Després gira primer els ulls cap a la direcció correcta i, si no poden arribar al punt més brillant, el cap comença a moure’s. Hi ha un límit a cada rotació que prové dels límits físics dels mecanismes. Per tant, una altra construcció pot tenir altres límits en funció de la mecànica de les construccions (geometria).

Un consell addicional té a veure amb la velocitat de reacció del robot. Al vídeo, el robot és intencionadament lent. Podeu accelerar-ho fàcilment desactivant un retard (500); que es col·loca al bucle buit () del codi!

Bona sort amb fer!