Osnove Animatronics - servo motor: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Bilo da se radi o veselom blagdanskom izlogu u izlogu robne kuće ili zastrašujućoj zezanciji za Noć vještica, ništa ne privlači pažnju poput animirane lutke.

Ove elektronički upravljane animacije ponekad se nazivaju i "animatronika", a ovo uputstvo će vas naučiti kako napraviti najosnovniju vrstu, onu koju kontrolira jedan servo motor.

Koristit ćemo Arduino mikrokontroler kao mozak, a vidjet ćemo i kako potenciometar i servo rade unutra, također će vas naučiti kako izgraditi tri različite metode upravljanja:

1 - Kontinuirano ponavljanje pokreta

2 - Daljinski upravljano kretanje

3 - Pokrenuto pokretanje (pomoću senzora svjetla)

Korak 1: Lista dijelova

Trebat će vam mikrokontroler (prikazan na prvoj slici je Arduino sa web stranice https://adafru.it zajedno s kompletom proračunskih dijelova za ukupno 30 USD) i servo motor (mala verzija Tower je prikazana na drugoj slici zajedno s nekim dijelovima konektora, iz iste trgovine po 12 USD). Trebat će vam i mali kondenzator ili snažniji izvor napona ako koristite više servo motora (9V zidni punjač za Arduino će raditi)

Mikrokontroler je čitav PC računar na jednom čipu. Očigledno nije tako moćan kao vaš kućni računar, ima vrlo malo RAM -a, nema diskovnog pogona, nema tastature ili miša, ali je zaista odličan u kontroli stvari (otuda i naziv). Jedan od ovih čipova naći ćete u mnogim svakodnevnim predmetima, poput mašina za pranje rublja i kompjutera sa automatskim ubrizgavanjem goriva.

Marka mikrokontrolera marke "Arduino" dodaje i neka druga kola koja ga povezuju sa vanjskim svijetom i stavljaju na prikladnu ploču.

Primijetite da u "kompletu dijelova za budžet" postoji nekoliko žica, otpornika, LED svjetiljki i plavi par dugmića, koji se nazivaju potenciometri. Više o potenciometrima u sljedećem koraku.

Konačno, trebat će vam servo motor, a dolazi s nekim vijčanim konektorima za pričvršćivanje na pokretnu lutku. U ovoj lekciji koristit ćemo konektor u obliku slova X.

Korak 2: Pregled potenciometra

Potenciometar je u osnovi gumb za prigušivanje - ili u terminologiji elektronike - par promjenjivih otpornika. Okretanjem dugmeta, jedan otpornik ćete povećati, a drugi će biti manji.

Većinu vremena koristimo potenciometar (ponekad se naziva i "lonac") za kontrolu napona pomoću sheme kola prikazane gore.

Krajnja lijeva slika prikazuje stvarni lonac, s gornjom i donjom žicom spojenom na napon +5 i uzemljenje, a srednja žica daje željeni napon. Srednji dijagram prikazuje simbol za lonac, a posljednji dijagram prikazuje ekvivalentno kolo.

Slike su ljubaznošću Wikimedia.org

Korak 3: Pregled servo motora

Servo motor ima četiri glavna dijela.

1. Motor koji se može okretati naprijed i natrag, obično velikom brzinom i okretnim momentom.

2. Sistem za otkrivanje položaja koji može reći pod kojim je uglom servo motor trenutno

3. Sistem zupčanika koji može uzeti mnogo okretaja motora i pretvoriti ga u mali kutni pokret.

4. Upravljački krug koji može ispraviti grešku između stvarnog kuta i željenog ugla zadane vrijednosti.

Dijelovi 1 i 2 prikazani su na prvoj slici. Primijetite da je dio 2 potenciometar.

3. dio je prikazan na drugoj slici.

4. dio je prikazan na trećoj slici.

Korak 4: Ponavljajući pokreti

Ovdje ćemo natjerati glavu naše lutke "Bender" da se okreće lijevo -desno, naprijed -natrag, sve dok je napajanje priključeno putem USB kabela. Ovo je odlično za zabavan praznični prikaz koji želite da se krećete cijeli dan.

Arduino dolazi s integriranim razvojnim okruženjem (IDE), što je lijep način da se kaže da dolazi s aplikacijom za vaš računar koja vam daje upute (ikona Arduino IDE je bočna slika 8). Te upute ostaju pohranjene na ploči čak i ako isključite računar, a one se ponovo pokreću kada ponovo priključite napajanje na svoj Arduino. U ovom slučaju koristit ćemo softver pod nazivom "Sweep" koji možete pronaći u primjerima IDE -a u kategoriji "Servo".

Zatim ćete spojiti servo na kondenzator stabiliziran 5 volti (crvena servo žica na Arduino +5, smeđa servo žica na Arduino GND) i na kontrolni signal (žuta servo žica na Arduino izlazni pin 9). Glava lutke nije obavezna;-)

DETALJI:

Ako je gore navedeno bilo malo zbunjujuće, detaljna uputstva su sljedeća:

Korak A - Programiranje Arduina

• Otvorite Arduino IDE (trebala bi biti ikona 8 na radnoj površini)
• U odjeljku "Alati" provjerite je li "ploča" postavljena na "Arduino/Genuino Uno".
• Povežite Arduino hardver s računarom pomoću USB kabela
• Uvjerite se da je postavka „Port“pod „Alati“također konfigurirana za Arduino.
• U odjeljku "Datoteke" odaberite "Primjer" koji se zove "Počisti" (možete ga pronaći pod "Servo uređaji")
• Prije nego što upotrijebite ili uredite ovu datoteku, "Sačuvaj kao" drugo ime datoteke (može biti vaše ime ili bilo koje drugo). Ovo će zadržati datoteku nepromijenjenom za sljedećeg učenika koji koristi ovaj računar.
• Upotrijebite tipku sa strelicom (ili pod "Sketch" odaberite "Upload") za postavljanje skice Sweep na Arduino

Korak B - Spajanje servo motora na Sweep

U ovom ćemo dijelu izgraditi varijacije krugova opisanih na https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso… Povezat ćemo crvenu i smeđu žicu servo servera na +5 i GND Ardiuna, respektivno. Preko tog napona ćemo staviti i kondenzator za izravnavanje napona, i na kraju ćemo spojiti žutu žicu servo -a na izlazni pin 9 Arduina.

• Isključite Arduino iz USB priključka prilikom izgradnje strujnog kruga.
• Koristit ćemo 5V i uzemljenje s Arduino ploče, pa ih dovedite na svoju ploču koristeći crvenu i zelenu žicu.
• Budući da napajanje može biti malo klimavo s USB priključka (nema mnogo struje, a servo motor može uzrokovati resetiranje Arduino ploče zbog niske struje), stavit ćemo kondenzator preko ovog napona, pazeći da žica ima oznaku "minus - “Nalazi se na prizemlju.
• Sada spojite crvenu (+5) i smeđu (uzemljenu) žicu servo servera na matičnu ploču.
• Konačna električna veza je ona upravljačkog signala. Program SWEEP će koristiti pin #9 Arduina za slanje upravljačkog signala, pa ga spojite na žutu (kontrolnu) žicu servo motora.
• NEOBVEZNO - Prije testiranja možete postaviti Animatronic glavu po svom izboru i njenu bazu na servo motor. Budite nježni jer pristajanje nije savršeno i plastični dijelovi se lome.
• Trebali biste biti u mogućnosti priključiti USB napajanje na Arduino i program SWEEP bi se trebao pokrenuti, uzrokujući da se servo motor pomeri naprijed -natrag.

Korak C - Izmjena SWEEP programa

• Prije nego što upotrijebite ili uredite ovu datoteku, "Sačuvaj kao" drugo ime datoteke (može biti vaše ime ili bilo koje drugo). Vjerojatno ste to učinili već u koraku A. Za svaki od dolje navedenih dijelova zabilježite svoja zapažanja, kao i sve promjene koje ste unijeli u kôd.
• Pomoću štoperice izmjerite koliko je vremena potrebno da pređete do kraja i nazad _
• Unosit ćete promjene u softver (ponekad se naziva i „kod“ili „skica“)
• Promijenite obje vrijednosti "Odgode" sa 15 na drugi veći broj (odaberite zaokruženi broj 15 za lakše izračunavanje). Koju ste vrijednost koristili? _. Što mislite, koje će biti novo vrijeme SWEEP -a? _. Izmjerite novo vrijeme SWEEP -a i zabilježite sve razlike _.
• Promijenite kašnjenja na 15, a sada promijenite uglove položaja sa 180 na jednostavno 90 (obje vrijednosti). Koji je novi raspon kretanja servo motora (90 stepeni ili više ili manje?) _.
• Ostavljajući raspon pokreta na 90 stupnjeva, smanjite “Odgodu” na broj manji od 15. Na koliko mali broj možete otići prije nego što se servo počne ponašati neredovito ili više ne završi cijeli raspon pokreta? _

Nakon što obavite ove korake, imat ćete sva mjerenja i praksu koja vam je potrebna da biste bili spremni za korištenje vašeg servo motora za kontrolu raznih ponavljajućih animatronskih pokreta naprijed -natrag, bilo gdje od malog kuta sve do 180 stupnjeva, a također pri velikom broju brzina koje kontrolirate.

Korak 5: Pokret s daljinskim upravljanjem

Umjesto ponavljanja istog pokreta iznova i iznova tijekom cijelog dana, u ovom koraku ćemo daljinski upravljati položajem naše animatronske lutke "C3PO" da gleda lijevo i desno i bilo koji položaj između. Budući da čovjek vrši kontrolu, to nazivamo kontrolom "otvorene petlje".

S kontrolom otvorene petlje kontrolirate točan položaj servo motora. Za okretanje će nam trebati dugme, a za to ćemo koristiti plavi potenciometar.

• Trebat će nam drugo mjesto na matičnoj ploči koje ima +5 i 0 (uzemljenje) volti. Povucite ove kratkospojnike da odvojite redove na ploči i učinite ih jednim redom udaljenim jedan od drugog kako bi se poravnali s vanjskim pinovima potenciometra koje ćemo dodati za trenutak.
• Sada dodajte potenciometar. Prije nego gurnete igle potenciometra u ploču za provjeru, provjerite jesu li sve tri poredane s ispravnim rupama, a zatim gurnite iglice ravno prema dolje kako se ne bi savijale. Središnji pin potenciometra bit će spojen na nulu analognog ulaza (A0) na Arduinu. Za to se dodaje dodatna žica.
• Kako bismo očitali napon s potenciometra i upotrijebili ga za upravljanje servo motorom, upotrijebit ćemo softver „KNOB“, koji se također nalazi pod Datoteka -> Primjeri -> Servo. Pokrenite program, okrenite dugme i snimite ono što opažate.

Naravno, mogli biste provesti neke vrlo dugačke žice tako da se upravljačko dugme nalazi u drugoj prostoriji od animatronske lutke, ili biste mogli biti samo na maloj udaljenosti (na primjer iz snimljenog fotoaparata ako snimate film).

Korak 6: Pokretanje pokreta (pomoću senzora)

Ponekad želite da se vaša lutka odjednom pomakne - posebno zbog zastrašujućih šala za Noć vještica ili da privučete još veću pažnju. U ovom koraku ćemo rekonfigurirati našu lutku "Uskršnja ostrvska glava" da se brzo okrene i suoči s onim ko prođe i baci sjenu na senzor svjetla.

U slučaju senzorske kontrole servo motora, koristit ćemo senzor svjetla koji će kontrolirati točan položaj servo motora. Što je tamnija senka bačena na senzor (i verovatno što se osoba približi lutki), marioneta brže i dalje okreće glavu.

• Uklonit ćemo potenciometar i zamijeniti ga ekvivalentnim krugom od dva otpornika. U ovom slučaju, jedan od dva otpornika (R2) bit će svjetlosni senzor.
• Da bismo nam dali prostora, raširili smo +5V (lijevo) i 0V uzemljenje (desno) lampere tako da možemo dodati otpornik od 10K ohma i svjetlosni senzor, spojeni u sredini u istom redu sa kratkospojnikom koji vodi do analognog ulaza nula (A0) na Arduino ploči.
• Sjenilom ruke zaklonite svjetlosni senzor i upotrijebite druge načine da svjetlosni senzor dobije najveću i najmanju moguću količinu svjetlosti. Možete li postići potpuni raspon pokreta od 180 stepeni?

Baš kao u verziji na daljinsko upravljanje, foto otpornik možete postaviti na dovoljnu udaljenost od vaše animatronske lutke, a možete promijeniti i vrijednosti otpornika ili softversko programiranje da biste promijenili reakcije lutaka.

Korak 7: Sada isprobajte

Sada ste savladali tri osnovne vrste animatronskih pokreta koje možete stvoriti s jednim servo motorom.

- Ponavljajuće se kretanje

- Daljinski upravljano kretanje

- Pokretanje pokreta pomoću senzora

To možete podići na viši nivo korištenjem različitih vrsta lutaka, pokreta, kontrola i, naravno, umjetnosti koju samo vi možete stvoriti!