Animatronics Basics: el Servo Motor: 8 passos

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

Tant si es tracta d’una alegre exposició de vacances a l’aparador d’un gran magatzem com d’una broma de Halloween aterridora, res no crida l’atenció com un ninot animat.

Aquestes animacions controlades electrònicament de vegades es diuen "animatrònics" i aquest instructiu us ensenyarà a fer el tipus més bàsic, un controlat per un únic servomotor.

Utilitzarem el microcontrolador Arduino com a cervell i veurem com funcionen un potenciòmetre i un servo a l’interior, també us ensenyaran a construir tres mètodes de control diferents:

1 - Moviment repetitiu contínuament

2 - Moviment controlat a distància

3 - Moviment desencadenat (mitjançant un sensor de llum)

Pas 1: llista de peces

Necessitareu un microcontrolador (que es mostra a la primera imatge és l’Arduino de https://adafru.it juntament amb el seu kit de peces pressupostàries per un total de 30 dòlars) i un servomotor (a la segona imatge es mostra una petita versió Tower). juntament amb algunes peces del connector, de la mateixa botiga a 12 dòlars). També necessitareu un condensador petit o una font de tensió més potent si esteu fent servir diversos servomotors (funcionarà un carregador de paret de 9 V per Arduino)

Un microcontrolador és un ordinador de PC complet en un sol xip. Obbviament, no és tan potent com el vostre ordinador domèstic, té una memòria RAM molt petita, no té unitat de disc, no té teclat ni ratolí, però és realment fantàstic per controlar les coses (d’aquí ve el nom). Trobareu un d’aquests xips dins de molts articles quotidians, com ara rentadores i ordinadors amb injector de combustible.

La marca de microcontroladors "Arduino" també afegeix altres circuits que el connecten amb el món exterior i el col·loquen en una bona placa.

Fixeu-vos que al "kit de peces pressupostàries" hi ha uns quants cables, resistències, llums LED i un parell de comandaments de color blau, anomenats potenciòmetres. Més informació sobre els potenciòmetres al següent pas.

Finalment, necessitareu un servomotor i ve amb alguns connectors cargolats per fixar-lo al titella en moviment. Utilitzarem el connector en forma de X en aquesta lliçó.

Pas 2: revisió del potenciòmetre

Un potenciòmetre és essencialment un comandament més feble - o en terminologia electrònica - un parell de resistències variables. En girar el comandament, feu que una resistència sigui més gran i l’altra més petita.

La majoria de les vegades utilitzem un potenciòmetre (de vegades anomenat "pot") per controlar una tensió mitjançant el diagrama de circuits que es mostra més amunt.

La imatge més a l’esquerra mostra l’olla real, amb els cables superior i inferior connectats a la tensió +5 i a terra, i el fil central que genera la tensió desitjada. El diagrama central mostra el símbol d’una olla i l’últim diagrama mostra el circuit equivalent.

Les imatges són cortesia de Wikimedia.org

Pas 3: revisió del servomotor

Un servomotor té quatre parts principals.

1. Un motor que pot girar cap endavant i cap enrere, generalment a gran velocitat i parell.

2. Un sistema de detecció de posició, que pot indicar en quin angle es troba actualment el servomotor

3. Un sistema d'engranatges que pot fer moltes voltes d'un motor i convertir-lo en un petit moviment angular.

4. Un circuit de control que pot corregir l'error entre l'angle real i l'angle de punt de consigna desitjat.

Les parts 1 i 2 es mostren a la primera imatge. Fixeu-vos que la part 2 és un potenciòmetre.

La part 3 es mostra a la segona imatge.

La part 4 es mostra a la tercera imatge.

Pas 4: moviment repetitiu

Aquí farem que el cap del nostre titella "Bender" giri a l'esquerra i a la dreta, endavant i enrere, sempre que l'alimentació estigui connectada des del cable USB. Això és ideal per a una divertida pantalla de vacances que vulgueu moure durant tot el dia.

L'Arduino ve amb un entorn de desenvolupament integrat (IDE), que és una manera fantàstica de dir que ve amb una aplicació per al vostre PC que us permet donar instruccions (la icona Arduino IDE és una figura lateral 8). Aquestes instruccions es mantenen emmagatzemades a la placa, fins i tot si desconnecteu el PC, i tornen a funcionar quan torneu a connectar el vostre Arduino. En aquest cas, utilitzarem el programari anomenat "Sweep" que podeu trobar als exemples IDE a la categoria de "Servo".

A continuació, connectareu el servo a un condensador estabilitzat de 5 volts (cable Servo vermell a l’Arduino +5, cable Servo marró a Arduino GND) i al senyal de control (cable Servo groc al pin de sortida 9 d’Arduino). El cap de titella és opcional;-)

DETALLS:

Si l'anterior és una mica confús, les instruccions detallades són les següents:

Pas A - Programació de l'Arduino

• Obriu l'IDE Arduino (hauria de ser una icona de la figura 8 a l'escriptori)
• A "Eines", assegureu-vos que la "Junta" estigui configurada a "Arduino / Genuino Uno".
• Connecteu el maquinari Arduino a l'ordinador mitjançant el cable USB
• Assegureu-vos que la configuració "Port" a "Eines" també estigui configurada per a l'Arduino.
• A "Fitxers", seleccioneu l '"Exemple" anomenat "Sweep" (el podeu trobar a "Servos")
• Abans d'utilitzar o editar aquest fitxer, si us plau, "Desa com a" un nom de fitxer diferent (pot ser el vostre nom o el que trieu). Això mantindrà el fitxer sense canvis per al següent estudiant que faci servir aquest ordinador.
• Utilitzeu el botó de fletxa (o bé a "Esbós", seleccioneu "Puja") per penjar l'esbós de Sweep a l'Arduino

Pas B: connectar el servomotor a Sweep

En aquesta part, construirem variacions dels circuits descrits a https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso … Connectarem els cables vermells i marrons del Servo a +5 i GND de l’Ardiuno, respectivament. També posarem un condensador d’aplanament de la tensió a través d’aquesta tensió i, finalment, connectarem el fil groc del servo al pin de sortida 9 de l’Arduino.

• Desconnecteu l'Arduino del port USB quan esteu construint el circuit.
• Utilitzarem el 5V i el terra de la placa Arduino, de manera que porteu-los a la vostra taula mitjançant els cables vermells i verds, respectivament.
• Atès que la potència pot ser una mica inestable pel port USB (poc corrent i el servomotor pot fer que la placa Arduino es restableixi a causa del baix corrent), posarem un condensador a través d’aquest voltatge, assegurant-nos que el cable etiquetat com "menys - “Està al costat del terra.
• Ara connecteu el cable vermell (+5) i el marró (terra) del Servo a la taula de suport.
• La connexió elèctrica final és la del senyal de control. El programa SWEEP utilitzarà el pin número 9 de l’Arduino per enviar el senyal de control, de manera que connecteu-lo al cable groc (control) del servomotor.
• OPCIONAL: podeu col·locar un cap Animatronic que trieu i la base a la part superior del servomotor abans de provar-lo. Si us plau, sigueu suau, ja que l’ajust no és perfecte i les peces de plàstic es trenquen.
• Haureu de poder aplicar l’alimentació USB a l’Arduino i el programa SWEEP hauria d’executar-se, fent que el servomotor vagi endavant i endarrere.

Pas C: modificació del programa SWEEP

• Abans d'utilitzar o editar aquest fitxer, si us plau, "Desa com a" un nom de fitxer diferent (pot ser el vostre nom o el que trieu). Probablement ja ho heu fet al pas A. Per a cadascuna de les parts següents, anoteu les vostres observacions i tots els canvis que hàgiu fet al codi.
• Mitjançant un cronòmetre, mesureu el temps que triga a escombrar tot el camí i tornar _
• Fareu canvis al programari (de vegades anomenat "codi" o "esbós")
• Canvieu els valors de "Retard" de 15 a un altre nombre més gran (trieu un múltiple de 15 per facilitar els càlculs). Quin valor has utilitzat? _. Quin creieu que serà el nou temps SWEEP? _. Mesureu el nou temps SWEEP i anoteu les discrepàncies _.
• Canvieu els retards a 15 i canvieu ara els angles de posició de 180 a simplement 90 (tots dos valors). Quin és el nou rang de moviment del servomotor (90 o més o menys?) _.
• Si deixeu el rang de moviment a 90 graus, reduïu el "Retard" a un nombre inferior a 15. Quin nombre de números podeu anar abans que el servo comenci a comportar-se de manera irregular o ja no completi tot el rang de moviment? _

Després de completar aquests passos, tindreu totes les mesures i pràctiques que necessiteu per estar preparat per utilitzar el vostre servomotor per controlar una varietat de moviments animatrònics repetitius d'anada i tornada, des d'un petit angle fins a 180 graus, i també a una gran varietat de velocitats que controleu.

Pas 5: moviment controlat a distància

En lloc de repetir el mateix moviment una i altra vegada durant tot el dia, en aquest pas controlarem a distància la posició del nostre titella animatrònica "C3PO" per mirar cap a l'esquerra i la dreta i qualsevol posició entremig. Com que un ésser humà fa el control, l'anomenem control "bucle obert".

Amb el control de bucle obert, controleu la posició exacta del servomotor. Necessitarem un comandament perquè gireu i utilitzarem el potenciòmetre blau per a això.

• Necessitarem un altre lloc a la taula que tingui +5 i 0 (terra) volts. Executeu aquests cables de pont per separar les files de la taula de paret i feu-los una fila entre si, per alinear-vos amb els passadors externs del potenciòmetre que afegirem en un moment.
• Ara afegiu el potenciòmetre. Abans d’empènyer els passadors del potenciòmetre a la placa de paret, assegureu-vos que tots tres estiguin alineats amb els forats correctes i, a continuació, empenyeu els passadors cap avall perquè no es doblegin. El pin central del potenciòmetre es connectarà a l’entrada analògica zero (A0) de l’Arduino. S’afegeix un cable addicional per fer-ho.
• Per llegir la tensió del potenciòmetre i utilitzar-lo per controlar el servomotor, farem servir el programari "KNOB", que també es troba a Fitxer -> Exemples -> Servo. Executeu el programa, gireu el comandament i anoteu el que observeu.

Per descomptat, podríeu fer cables molt llargs perquè el comandament de control estigui en una habitació diferent de la titella animatrònica, o bé estigueu a poca distància (fora de la càmera, si feu una pel·lícula, per exemple).

Pas 6: moviment activat (mitjançant un sensor)

De vegades voleu que el titella es mogui de cop, sobretot per fer broma de Halloween o per cridar encara més l'atenció. En aquest pas, tornarem a configurar el nostre titella "Cap de l'illa de Pasqua" per girar ràpidament i enfrontar-se a qui passa i projecta una ombra sobre un sensor de llum.

En el cas del control del sensor del servomotor, utilitzarem un sensor de llum que controlarà la posició exacta del servomotor. Com més fosca és l’ombra que es projecta al sensor (i probablement com més s’acosta la persona al titella), més ràpidament i més lluny gira el cap.

• Traurem el potenciòmetre i el substituirem pel circuit equivalent de dues resistències. En aquest cas, un dels dos resistors (R2) serà un sensor de llum.
• Per donar-nos una mica d’espai, estenem els grumolls de + 5V (esquerra) i terra (dreta) per poder afegir la resistència de 10K Ohm i el sensor de llum, connectats al centre a la mateixa fila que el cable de pont que condueix a entrada analògica. zero (A0) a la placa Arduino.
• Utilitzeu l'ombra de la mà per enfosquir el sensor de llum i utilitzeu altres maneres de fer que el sensor de llum obtingui la major i menor quantitat possible de llum. Ets capaç d'obtenir el rang complet de moviment de 180 graus?

Igual que a la versió de control remot, podeu col·locar la resistència fotogràfica a una bona distància del vostre titella animatrònica i podeu canviar els valors de la resistència o la programació del programari per canviar les reaccions dels titelles.

Pas 7: ara ho proveu

Ara heu dominat els tres tipus bàsics de moviment animatrònic que podeu crear amb un sol servomotor.

- Moviment repetitiu

- Moviment controlat a distància

- Moviment desencadenat mitjançant sensors

Podeu portar-ho al següent nivell mitjançant diferents tipus de titelles, moviments, controls i, naturalment, l’art que només vosaltres podeu crear.