Robotachtig hoofd gericht op het licht. Van gerecyclede en hergebruikte materialen: 11 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Als iemand zich afvraagt of robotica met een lege zak kan komen, kan deze instructable misschien een antwoord geven. Gerecycleerde stappenmotoren van een oude printer, gebruikte pingpongballen, kaarsen, gebruikte balsa, draad van een oude hanger, gebruikte geëmailleerde draad waren enkele van de materialen die ik heb gebruikt om deze robotkop te maken. Ik heb ook vier servomotoren gebruikt, een adafruit-motorschild en een arduino UNO. Al deze werden hergebruikt uit andere projecten, die ze werden vernietigd! Alle makers weten dat dit onvermijdelijk is om geld te besparen.

Omdat er geen robot is zonder interactie met de omgeving, heeft deze de neiging om zich naar de helderste plek in de buurt te draaien en te kijken. Deze is gemaakt van de goedkoopste sensoren ooit: de fotocellen. Ze zijn niet de meest betrouwbare, maar zijn betrouwbaar genoeg om iets fatsoenlijks te maken.

Stap 1: Gebruikte materialen

1. Arduino UNO
2. Adafruit motorschild V2
3. servo SG90 X 3
4. een servo MG995 voor het draaien van de nek
5. stappenmotor, ik heb een 20 jaar oude gebruikt, het hoeft geen motor met hoog koppel te zijn
6. breadboard 400 en startkabels
7. drie fotocellen en drie 1K, 1/4W weerstanden
8. DC-transformator 6V voor het voeden van de servo's via het breadboard
9. 3 pingpongballen
10. schuimbord
11. balsahout
12. harde draad
13. plastic en koperen buis met diameter zodat ze in elkaar passen, in lengte 20cm is meer dan genoeg
14. 15X15cm hout als basis
15. twee kartonnen kokers van keukenpapier
16. kleine ijzeren staven voor contragewicht

Stap 2: De oogbollen maken

1. Je moet een pingpongbal in twee halve bollen snijden
2. Als je een kaars aansteekt boven de gesneden bal, kun je hem in de was zetten. Op deze manier krijg je een vette look. Ik ben geen kunstenaar, maar ik denk dat het er op deze manier natuurlijker uitziet.
3. Dan moet je van balsahout een schijf van 1 cm dik maken, die in de gesneden bol (halfrond) moet passen.
4. Boor als laatste een koker (een ondiep gat) voor de ooglens. Dan kun je daar zetten wat er zou moeten uitzien als een ooglens.

Stap 3: Het oogbewegingsmechanisme maken

Het belangrijkste idee om dit mechanisme te ontwerpen is dat het oog tegelijkertijd om twee assen moet kunnen draaien. Een verticale en een horizontale. Deze rotatie-as moet zo worden ingesteld dat ze het midden van de oogbal onderscheppen, anders zou de beweging er niet natuurlijk uit kunnen zien. Dus dit genoemde centrum wordt in het midden van de balsaschijf geplaatst die in het pingpong-halfrond is gelijmd.

De inspanning die werd geleverd, moest triviale materialen beheren om dit mogelijk te maken. De reeks foto's die volgen, wijzen de weg.

Op de foto's zie je een witte en een metalen buis, die goed in elkaar passen. De witte was vroeger een paal voor een kleine vlag en het metaal is een koperen pijp. Ik heb ze gekozen omdat ze goed in elkaar passen en ze hebben maar een paar mm diameter. De werkelijke grootte is niet belangrijk. Je zou elke andere kunnen gebruiken die het werk kan doen!

Stap 4: De bewegingen testen

Aangezien er geen simulatiesoftware werd gebruikt, is de enige manier om de limieten van bewegingen die afkomstig zijn van servo's te vinden, fysieke tests. Deze manier wordt getoond in de foto's voor op en neer draaien van de ogen. Het vinden van de limieten is noodzakelijk omdat de rotatie van servo's ook limieten heeft en verwachtingen voor de oogbeweging om er zo natuurlijk mogelijk uit te zien, ook limieten stelt.

Om een procedure te definiëren, gerelateerd aan de getoonde afbeeldingen, zou ik kunnen zeggen:

1. verbind het oog met de servo met een draad
2. draai met uw hand de servohendel zodat het oog zijn uiterste posities inneemt (heen en weer)
3. controleer de positie van de servo zodat het oog deze posities kan innemen
4. maak (snijd of vergelijkbaar) de plaats voor de servo om een stevige positie in te nemen
5. controleer na het positioneren van de servo nogmaals of de uiterste posities voor het oog nog mogelijk zijn.

Stap 5: Maken van de oogleden

1. Meet de afstand tussen de werkelijke ogen.
2. Plan twee halve cirkels met een diameter gelijk aan de ogen en teken ze op een foamboard met een afstand tussen de middelpunten zoals gemeten in stap 1.
3. Knip uit wat je hebt getekend.
4. Snijd een pingpongbal in vieren.
5. Lijm elk gesneden stuk pingpongbal op een van de twee zojuist gesneden halve cirkels.
6. Knip kleine stukjes buizen zoals te zien op de laatste foto en lijm ze zodat ze op één lijn liggen. Zie de laatste foto voor het gewenste eindstuk

Stap 6: Definitieve weergave voor ogen en ooglidmechanismen

Er zijn enkele duidelijke onnauwkeurigheden, maar gezien de extreem lage kosten en de "zachte" materialen die ik heb gebruikt, lijkt het resultaat mij bevredigend!

Op de foto is te zien dat de servo die de oogleden draait de beweging in de ene richting maakt en het werk aan een veer overlaat voor de andere!

Stap 7: Het nekmechanisme maken

Het hoofd moet naar links of naar rechts kunnen draaien, zeg 90 graden in beide richtingen en ook op en neer, niet zozeer als de horizontale rotatie, zeg 30 graden op en neer.

Ik heb een stepper gebruikt die het hoofd horizontaal draait. Een klein stukje karton dient als een wrijvingsarm platform voor het mechanisme zoals de musk (gezicht). De eerste foto toont de mechanica. De stepper verlengt de horizontale rotatie nadat de horizontale oogrotatie de linker- of rechterbovengrens heeft bereikt. Dan is er ook een limiet voor het volgen van steppersrotatie.

Voor de op- en neerwaartse rotatie van de koppen heb ik een servo gebruikt zoals te zien is op de tweede foto. De arm van de servo fungeert als een zijde van een flexibel parallellogram, waarbij de parallelle zijde daaraan fungeert als basis voor de stepper. Dus als de servo draait, draait de basis van de stepper gelijk. De andere twee zijden van dat parallellogram zijn twee stukken harde kabel die een verticale richting hebben en parallel aan elkaar blijven terwijl ze op en neer bewegen.

Stap 8: Nekmechanisme 2e oplossing

In deze stap ziet u een andere mogelijke oplossing om het hoofd horizontaal en verticaal te draaien. Een stepper maakt de horizontale rotatie en de tweede de verticale. Om dit mogelijk te maken, moeten de steppers worden gelijmd zoals te zien is op de foto's. Op de bovenkant van de bovenste stepper moet het oogmechanisme met de musk worden vastgezet.

Als een nadeel van deze benadering zou ik de manier kunnen wijzen waarop de onderste stepper op een houten verticaal vlak is vastgezet. Dit kan na enig gebruik instabiel worden.

Stap 9: Het lichtbronlocatiesensorensysteem maken

Om een lichtbron in drie dimensies te lokaliseren heb je minimaal drie lichtsensoren nodig. Drie LDR's in dit geval.

Twee van hen (geplaatst op dezelfde horizontale lijn naar het onderste deel van het hoofd) zouden het verschil in lichtenergiedichtheid horizontaal moeten kunnen zien en de derde (geplaatst op het bovenste deel van het hoofd) zou ons moeten laten zien in vergelijking met de gemiddelde meting van de twee onderste het verschil in lichtenergiedichtheid verticaal.

Het begeleidende pdf-bestand toont u de manier om de beste helling van de buizen (rietjes) met de LDR's te vinden om de meer betrouwbare informatie voor de locatie naar de lichtbron te brengen.

Met de gegeven code kun je de lichtdetectie testen met drie LDR's. Elke LDR activeert een bijbehorende LED die lineair oplicht in verhouding tot de binnenkomende hoeveelheid lichtenergie.

Voor degenen die wat meer geavanceerde oplossingen willen, geef ik een foto van een experimenteel apparaat dat laat zien hoe je de beste helling (hoek φ) voor de LDRs-buizen kunt vinden, zodat je voor dezelfde hoek θ van binnenkomend licht het grootste verschil krijgt in LDR's metingen. Ik heb een plan bijgevoegd om de hoeken uit te leggen. Ik denk dat dit niet de juiste plaats is voor meer wetenschappelijke informatie. Als gevolg hiervan ben ik gekomen om een helling van 30 graden te gebruiken (45 is echter beter)!

Stap 10: En enkele tips voor … elektronica

Het hebben van 4 servo's maakt het onmogelijk om ze rechtstreeks van Arduino aan te drijven. Dus ik voedde ze van een externe voeding (ik gebruikte een triviale transformator) met 6V.

De stepper werd aangedreven en bestuurd via Adafruit Motorshield V2.

De fotocel werd aangestuurd vanuit arduino uno. De bijgevoegde pdf bevat daarvoor meer dan voldoende informatie. Bij het LDR circuit heb ik 1K weerstanden gebruikt.

Stap 11: Een paar woorden voor de code

De code-architectuur heeft als strategie dat de void loop-routine slechts een paar regels bevat en dat er een paar routines zijn, één voor elke taak.

Alvorens iets te doen, neemt het hoofd zijn oorspronkelijke positie in en wacht. Uitgangspositie betekent gesloten oogleden, ogen recht vooruit kijkend onder de oogleden en de verticale as van het hoofd staat loodrecht op een horizontaal vlak van de steunbasis.

Eerst moet de robot wakker worden. Dus terwijl hij stilstaat, ontvangt hij lichtmetingen die wachten op een plotselinge en grote toename (u kunt zelf bepalen hoeveel) om te beginnen met bewegen.

Dan draait het eerst de ogen in de goede richting en als ze het helderste punt niet kunnen bereiken begint het hoofd te bewegen. Er is een grens aan elke rotatie die voortkomt uit de fysieke grenzen van de mechanismen. Dus een andere constructie kan andere limieten hebben, afhankelijk van de constructie (geometrie) mechanica.

Een extra tip heeft te maken met de reactiesnelheid van de robot. In de video is de robot opzettelijk traag. U kunt dit eenvoudig versnellen door een vertraging (500) uit te schakelen; die in de void loop() van de code wordt geplaatst!

Veel succes met maken!