Asas Animatronik - Motor Servo: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Sama ada paparan percutian yang riang di tingkap gedung membeli-belah, atau lelucon Halloween yang menakutkan, tidak ada yang menarik perhatian seperti boneka animasi.

Animasi yang dikendalikan secara elektronik ini kadang-kadang disebut "animatronik" dan arahan ini akan mengajar anda bagaimana membuat jenis yang paling asas, yang dikendalikan oleh motor servo tunggal.

Kami akan menggunakan mikrokontroler Arduino sebagai otak, dan kita akan melihat bagaimana potensiometer dan servo berfungsi di dalamnya, juga mengajar anda bagaimana membina tiga kaedah kawalan yang berbeza:

1 - Gerakan berulang secara berterusan

2 - Gerakan kawalan jauh

3 - Gerakan yang dicetuskan (menggunakan sensor cahaya)

Langkah 1: Senarai Bahagian

Anda memerlukan pengawal mikro (ditunjukkan dalam gambar pertama adalah Arduino dari https://adafru.it bersama dengan alat ganti anggaran mereka dengan jumlah $ 30) dan motor servo (versi Menara kecil ditunjukkan pada gambar kedua bersama dengan beberapa bahagian penyambung, dari kedai yang sama dengan harga $ 12). Anda juga memerlukan kapasitor kecil atau sumber voltan yang lebih kuat jika anda mengendalikan beberapa motor servo (pengecas dinding 9V untuk Arduino akan berfungsi)

Mikrokontroler adalah keseluruhan komputer PC pada satu cip. Jelas tidak sekuat komputer rumah anda, ia memiliki RAM yang sangat kecil, tidak ada pemacu cakera, tidak ada papan kekunci atau tetikus, tetapi sangat bagus dalam mengendalikan sesuatu (maka namanya). Anda akan menemui salah satu cip ini di dalam banyak barangan harian seperti mesin basuh dan komputer penyuntik bahan bakar automatik.

Mikrokontroler jenama "Arduino" juga menambah beberapa litar lain yang menghubungkannya dengan dunia luar, dan meletakkannya di papan yang mudah.

Perhatikan bahawa dalam "alat ganti anggaran" terdapat beberapa wayar, perintang, ligth LED, dan sepasang tombol biru, yang disebut potensiometer. Lebih lanjut mengenai potensiometer pada langkah seterusnya.

Akhirnya, anda memerlukan motor servo, dan ia dilengkapi dengan beberapa penyambung skru untuk memasangkannya ke boneka bergerak anda. Kami akan menggunakan penyambung berbentuk X dalam pelajaran ini.

Langkah 2: Kajian Potensiometer

Potensiometer pada dasarnya adalah tombol dimmer - atau dalam istilah elektronik - sepasang perintang berubah. Dengan memutar tombol, anda menjadikan satu perintang lebih besar, dan perintang yang lain lebih kecil.

Selalunya kita menggunakan potensiometer (kadang-kadang disebut "pot") untuk mengawal voltan menggunakan gambarajah litar yang ditunjukkan di atas.

Gambar paling kiri menunjukkan periuk sebenar, dengan wayar atas dan bawah disambungkan ke voltan +5 dan Ground, dan wayar tengah mengeluarkan voltan yang diingini. Gambar rajah tengah menunjukkan simbol untuk periuk, dan rajah terakhir menunjukkan litar setara.

Gambar adalah milik Wikimedia.org

Langkah 3: Kajian Motor Servo

Motor servo mempunyai empat bahagian utama.

1. Motor yang boleh berpusing ke depan dan ke belakang, biasanya pada kelajuan dan tork yang tinggi.

2. Sistem pengesanan kedudukan, yang dapat mengetahui sudut sudut motor servo pada masa ini

3. Sistem gear yang dapat mengambil banyak putaran motor dan menjadikannya gerakan sudut kecil.

4. Litar kawalan yang dapat membetulkan ralat antara sudut sebenar dan sudut titik set yang diinginkan.

Bahagian 1 dan 2 ditunjukkan pada gambar pertama. Perhatikan bahawa bahagian 2 adalah potensiometer.

Bahagian 3 ditunjukkan pada gambar kedua.

Bahagian 4 ditunjukkan pada gambar ketiga.

Langkah 4: Gerakan Berulang

Di sini kita akan membuat kepala boneka kita "Bender" berpusing ke kiri dan kanan, ke belakang dan ke belakang, selagi daya disambungkan dari kabel USB. Ini bagus untuk paparan percutian yang menyeronokkan yang anda mahu terus bergerak sepanjang hari.

Arduino dilengkapi dengan Lingkungan Pembangunan Bersepadu (IDE) yang merupakan cara mewah untuk mengatakan ia dilengkapi dengan aplikasi untuk PC anda yang membolehkan anda memberikannya petunjuk (ikon Arduino IDE adalah gambar 8). Arahan tersebut tetap tersimpan di papan walaupun anda memutuskan sambungan PC, dan arahan itu mula berjalan semula apabila anda menyambungkan semula kuasa ke Arduino anda. Dalam kes ini, kami akan menggunakan perisian yang disebut "Sapu" yang dapat anda temukan dalam contoh IDE di bawah kategori "Servo."

Seterusnya anda menyambungkan servo ke kapasitor yang stabil 5 volt (wayar Servo merah ke Arduino +5, wayar Servo coklat ke Arduino GND) dan ke isyarat kawalan (wayar Servo kuning ke pin ouput Arduino 9). Kepala boneka adalah pilihan;-)

BUTIRAN:

Sekiranya perkara di atas agak membingungkan, arahan terperinci adalah seperti berikut:

Langkah A - Pengaturcaraan Arduino

• Buka Arduino IDE (seharusnya ikon angka 8 di desktop anda)
• Di bawah "Alat" pastikan "Papan" diatur ke "Arduino / Genuino Uno."
• Sambungkan perkakasan Arduino ke komputer menggunakan kabel USB
• Pastikan tetapan "Port" di bawah "Tools" juga dikonfigurasi untuk Arduino.
• Di bawah "Files" pilih "Contoh" yang disebut "Sapu" (anda dapat menemukannya di bawah "Servos")
• Sebelum anda menggunakan atau mengedit fail ini, silakan "Simpan Sebagai" nama fail lain (boleh nama anda, atau apa sahaja yang anda pilih). Ini akan menjadikan fail tidak berubah untuk pelajar seterusnya yang menggunakan komputer ini.
• Gunakan butang Panah (atau di bawah "Sketsa" pilih "Muat Naik") untuk memuat naik lakaran Sapu ke Arduino

Langkah B - Menyambungkan Motor Servo ke Sapu

Di bahagian ini, kita akan membina variasi rangkaian yang dijelaskan di https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso… Kami akan menghubungkan wayar Merah dan Coklat Servo ke +5 dan GND Ardiuno, masing-masing. Kami juga akan meletakkan kapasitor meratakan voltan pada voltan itu, dan akhirnya kami akan menyambungkan wayar Kuning servo ke pin output 9 Arduino.

• Cabut palam Arduino dari port USB semasa anda membina litar.
• Kami akan menggunakan 5V dan Ground dari papan Arduino sehingga membawa mereka ke papan roti anda masing-masing menggunakan wayar merah dan hijau.
• Oleh kerana kuasa sedikit goyah dari port USB (tidak banyak arus, dan motor servo boleh menyebabkan papan Arduino diset semula kerana arus rendah) kami akan meletakkan kapasitor di voltan ini, memastikan wayar berlabel "tolak - "Berada di sisi Tanah.
• Sekarang sambungkan kabel Red (+5) dan Brown (Ground) Servo ke papan roti.
• Sambungan elektrik terakhir ialah isyarat kawalan. Program SWEEP akan menggunakan pin # 9 Arduino untuk menghantar isyarat kawalan, jadi sambungkan ini ke wayar kuning (kawalan) Motor Servo.
• PILIHAN - Anda boleh meletakkan Kepala Animatronik pilihan anda dan pangkalannya di atas motor servo sebelum mengujinya. Harap lembut kerana pemasangannya tidak sempurna dan bahagian plastiknya pecah.
• Anda seharusnya dapat menggunakan kuasa USB ke Arduino dan program SWEEP harus berjalan, menyebabkan motor servo menyapu bolak-balik.

Langkah C - Mengubah suai program SWEEP

• Sebelum anda menggunakan atau mengedit fail ini, silakan "Simpan Sebagai" nama fail lain (boleh nama anda, atau apa sahaja yang anda pilih). Anda mungkin melakukan ini pada langkah A. Untuk setiap bahagian di bawah, catat pemerhatian anda dan juga perubahan yang anda buat pada kod tersebut.
• Dengan menggunakan jam randik, ukur berapa lama masa untuk menyapu sepanjang jalan dan kembali _
• Anda akan membuat perubahan pada perisian (kadang-kadang disebut "kod" atau "sketsa")
• Tukar kedua-dua nilai "Kelewatan" dari 15 ke nombor yang lebih besar yang lain (pilih kelipatan bulat dari 15 untuk memudahkan pengiraan). Nilai apa yang anda gunakan? _. Apa pendapat anda masa SWEEP baru? _. Ukur masa SWEEP baru dan perhatikan apa-apa percanggahan _.
• Tukar Kelewatan kembali ke 15, dan sekarang ubah sudut kedudukan dari 180 hingga 90 (kedua-dua nilai tersebut). Apakah julat pergerakan motor servo baru (90 darjah, atau lebih atau kurang?) _.
• Meninggalkan julat gerakan hingga 90 darjah, turunkan "Kelewatan" ke nombor kurang dari 15. Berapa kecil nombor yang boleh anda tuju sebelum servo mula berkelakuan tidak menentu atau tidak lagi menyelesaikan keseluruhan rangkaian gerakan? _

Setelah menyelesaikan langkah-langkah ini, anda akan mempunyai semua ukuran dan latihan yang anda perlukan untuk bersedia menggunakan motor servo anda untuk mengawal pelbagai gerakan animatronik berulang-ulang, di mana sahaja dari sudut kecil hingga 180 darjah, dan juga dengan pelbagai kelajuan yang anda kendalikan.

Langkah 5: Gerakan Kawalan Jauh

Daripada mengulangi gerakan yang sama berulang-ulang sepanjang hari, dalam langkah ini kita akan mengawal jarak jauh wayang animatronik kita "C3PO" untuk melihat kiri dan kanan dan kedudukan apa pun di antara mereka. Oleh kerana manusia melakukan kawalan, kita memanggil kawalan "gelung terbuka" ini.

Dengan kawalan gelung terbuka, anda mengawal kedudukan motor servo yang tepat. Kami memerlukan tombol untuk anda berpusing, dan kami akan menggunakan potensiometer biru untuk ini.

• Kami memerlukan tempat lain di papan roti yang mempunyai voltan +5 dan 0 (Tanah). Jalankan wayar pelompat ini untuk memisahkan baris di papan roti, dan jadikannya satu baris antara satu sama lain, untuk sejajar dengan pin luar potensiometer yang akan kita tambahkan sebentar lagi.
• Sekarang tambahkan Potensiometer. Sebelum memasukkan pin potensiometer ke papan roti, pastikan ketiga-tiganya berbaris dengan lubang yang betul, dan kemudian tekan pin ke bawah sehingga tidak membengkokkan. Pin tengah potensiometer akan dihubungkan ke Analog Input zero (A0) pada Arduino. Kawat tambahan ditambahkan untuk melakukannya.
• Untuk membaca voltan dari potensiometer, dan menggunakannya untuk mengawal motor servo, kita akan menggunakan perisian "KNOB", juga terdapat di bawah Fail -> Contoh -> Servo. Jalankan program, putar kenop, dan rakam apa yang anda perhatikan.

Secara semula jadi, anda boleh menggunakan wayar yang sangat panjang sehingga tombol kawalan berada di ruangan yang berbeza dari boneka animatronik, atau anda berada dalam jarak yang sangat dekat (dari rakaman kamera jika anda membuat filem, misalnya).

Langkah 6: Gerakan yang Dipicu (menggunakan Sensor)

Kadang-kadang anda mahu boneka anda bergerak secara tiba-tiba - terutamanya untuk lelucon Halloween yang menakutkan atau untuk menarik lebih banyak perhatian. Pada langkah ini, kami akan mengkonfigurasi ulang boneka kami "Easter Island Head" agar cepat dan menghadap siapa pun yang berjalan dan membuang bayangan pada sensor cahaya.

Dalam hal Sensor Control of Servo Motor, kita akan menggunakan sensor cahaya yang akan mengawal kedudukan motor servo yang tepat. Semakin gelap bayangan yang terdapat pada sensor (dan mungkin semakin dekat orang itu berjalan ke boneka) semakin cepat dan semakin lama boneka itu memusingkan badannya.

• Kami akan mengeluarkan potensiometer dan menggantinya dengan litar setara dua perintang. Dalam kes ini, salah satu daripada dua perintang (R2) akan menjadi sensor cahaya.
• Untuk memberi kami ruang, kami menyebarkan lumpers +5V (kiri) dan 0V Ground (kanan) sehingga kami dapat menambahkan perintang Ohm 10K dan Sensor Cahaya, yang disambungkan di tengah pada baris yang sama dengan kabel pelompat yang mengarah ke Input Analog sifar (A0) di papan Arduino.
• Gunakan bayangan tangan anda untuk mengaburkan sensor cahaya, dan gunakan cara lain untuk membuat sensor cahaya mendapatkan jumlah cahaya yang paling banyak dan paling sedikit. Adakah anda boleh mendapatkan jarak gerakan 180 darjah penuh?

Sama seperti versi alat kawalan jauh, anda boleh meletakkan perintang foto pada jarak yang jauh dari boneka animatronik anda, dan anda boleh mengubah nilai perintang, atau program perisian untuk mengubah reaksi boneka.

Langkah 7: Sekarang Anda Cubalah

Sekarang anda telah menguasai tiga jenis gerakan animatronik asas yang boleh anda buat dengan motor servo tunggal.

- Gerakan berulang

- Gerakan kawalan jauh

- Gerakan yang dicetuskan menggunakan sensor

Anda boleh menaikkannya ke tahap seterusnya dengan menggunakan pelbagai jenis boneka, gerakan, kawalan, dan secara semula jadi, seni yang hanya boleh anda buat!