Bouw een door Arduino aangedreven pratende robotkop! - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

Deze robotkop werd oorspronkelijk gebouwd als een eindejaarsproject voor mijn fysieke computerklas, maar in de zomer heeft hij "geleerd" praten. De kop wordt aangedreven door twee Freeduino's, 3 TLC5940NT-chips en een Adafruit Industries Wave Shield die je hier kunt vinden: www.ladyada.net/make/waveshield/. Het hoofd is momenteel verbonden met een computer via twee USB-kabels, één voor stroom, één voor het verzenden van seriële commando's over wat te zeggen/emote. Zodra het hoofd de getypte commando's ontvangt over wat te zeggen/emote, speelt het de individuele woordbestanden af om een zin of meerdere zinnen te maken. Het verandert ook zijn emoties volgens de emotionele commando's die door de computer worden verzonden. Deze robotkop is de basis voor veel mogelijke toepassingen, omdat hij alles kan zeggen waarvoor hij de woordenschat heeft. Op dit moment ben ik bezig om het met internet te verbinden en het mijn e-mail te laten controleren en lezen via PHP-script. Ik zal dit Instructable bijwerken naarmate ik daarmee verder kom. Hier is een video van het in actie: Het hoofd is nog steeds een lopend project, dus alle opmerkingen over iets hier zijn meer dan welkom! Speciale dank aan Liz Arum voor het helpen van mij met alles! Update: op veler verzoek heb ik nu toegevoegd een video van de robot die praat en zichzelf uitdrukt! Geniet op je gemak!

Stap 1: Compileer alle materialen/onderdelen/elektronica

Deze robotkop gebruikt: 1 Breadboard (het moet meer dan 48 rijen lang zijn met een opening in het midden van het bord om IC-chips aan te sluiten. Een stroom- en grondbus langs de zijkant van het breadboard is ook een noodzaak.) 2 RGB Leds (Voor de veelkleurige ogen) Gemeenschappelijke Anode. $ 1,50 - 1,95 per stuk. 2 x $ 1,75 = $ 3,5036 rode leds (voor de mond) ergens rond de prijsklasse van 40-50 cent voor elk. 36 X $.45 = $16.202 HXT900 Micro Servo's (voor het verplaatsen van de wenkbrauwen) Te vinden op: https://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=662 2 X $3.65 = $7.303 TLC5940NT's (naar rijd/licht alle leds aan en bedien de servo's) zijn te vinden op Digi-key https://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=296-17732-5-ND waar ze geprijsd zijn voor $ 4,28. 3 X $ 4,28 = $ 12,84 of Mouser https://www.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/TLC5940NT/?qs=sGAEpiMZZMu8%252bGBKj8XSFEjwsgnt5grMZ49G/W4nR14%3d3 Condensatoren (~1000uf) (voor strijk- en ruis van de lijn servo's) Geborgen uit een oude computervoeding. Free2 Originele Freeduino's of Arduino's. De Freeduino's kunnen worden gekocht op https://www.freeduino.org/buy.html Ze kosten 23,99 per stuk. 2 X $ 23,99 = $ 47,98 Of www.sparkfun.com/commerce/product_info.php voor Arduino's. Prijs per stuk 29,95. 2 X $ 29,95 = $ 59,90. Waarschuwing: de Freeduino's vereisen enige soldeerkennis, als u uw boards niet wilt solderen, koop dan een Arduino. Waarschuwing: deze Instructable vereist sowieso enige kennis van solderen, dus waarom niet nu beginnen?:)1 Waveshield van Adafruit Industries (om de robot te laten praten) Kan worden gekocht op: https://www.ladyada.net/make/waveshield/ Geprijsd op $ 22 per stuk. Geschatte totale kosten van alle high-tech onderdelen (exclusief verzendkosten) als je Freeduinos hebt gekocht in plaats van Arduinos is…. $ 109,82! De totale kosten van alle high-tech onderdelen als je Arduinos hebt gekocht in plaats van Freeduinos is…. $ 121,74! En wat betreft de low-tech materialen die je nodig hebt: een kartonnen doos van dezelfde grootte als je hoofd wilt hebben. van houtBoormachine. Krimpkous voor het isoleren van de blootliggende draaddraden en iets dat hete lucht blaast om het te krimpen met (heteluchtpistool)Koffersnijder.

Stap 2: Monteer en soldeer alle printplaten en schilden

Soldeer de Freeduinos (zoals ik deed), Of negeer deze regel als je een Arduino hebt gekocht. Hier is de link naar hun montage-instructies voor alle mensen die Freeduinos hebben gekocht:mcukits.com/2009/03/12/assembling-the-freeduino-board-kit/Solder the Waveshields. Lady Ada heeft een zeer goede handleiding over hoe dit te doen op haar website op https://www.ladyada.net/make/waveshield/solder.htmlOpmerking: Naast het aan elkaar solderen van de Waveshield zoals beschreven. Voeg een lange draad toe die is gesoldeerd op de weerstand R7 aan de kant die zich het dichtst bij de versterkerchip bevindt. Deze wordt verbonden met de analoge ingang 1 op de Freeduino die de LED's van de robotkop bestuurt. (Maak je voorlopig geen zorgen over waar je het andere uiteinde van de draad moet aansluiten, dat wordt later in detail uitgelegd.) Zie de afbeelding voor verduidelijking over waar de draad moet worden gesoldeerd.

Stap 3: Ontwerp de robotkop

Neem de kartonnen doos die je als hoofd hebt gekozen en markeer de plaatsen die je wilt uitsnijden voor de ogen en mond door stukjes papier te knippen en deze op je doos te leggen. Als u tevreden bent met de regeling, kunt u overgaan tot het snijden van spullen.

Stap 4: Ontwerp je robotkop: de ogen eruit snijden

Plak of markeer de stukken op hun definitieve positie op de doos en knip ze uit. (Bewaar het stuk papier dat je gebruikte om de mond weer te geven, je hebt het later nodig.)

Stap 5: Ontwerp je robotkop: een LED-matrix maken voor de mond

Elke LED in de mond zal onafhankelijk oplichten. Om dat te doen moet je een LED-matrix voor de mond maken. (Voor een idee over wat een LED-matrix is, zie afbeelding 1) Neem het stuk papier dat de mond moet zijn en verdeel het stuk papier met een potlood en een liniaal in 36 delen (9 X 4), Eén voor elke LED in het raster. Nadat je dat hebt gedaan, plak je het stuk papier op een stuk hout en zorg je ervoor dat je niet door de vloer boort (dit is mij overkomen, dus ik raad aan om bovenop een kartonnen doos te boren.) Boor gaten waar de lijnen elkaar kruisen met een 1/4 inch boor, zodat uw LED's goed passen. De grootte van de boor is uiteraard afhankelijk van de grootte van uw LED's, dus gebruik een kleinere boor voor kleinere LED's. (Begin klein en werk je omhoog!) Kijk naar foto's 2&3 voor verduidelijking van het boren/markeren.

Stap 6: Het maken van de mond-LED-matrix: solderen in de LED's

Controleer voordat u iets anders doet of al uw LED's niet zijn doorgebrand of gedimd. U kunt dit doen door een kleine 3V-knoopbatterij te vinden en de pootjes van de LED's tegen de batterij te houden (onthoud dat de lange poot positief is, de korte negatief). Steek vervolgens de LED's rij voor rij in uw uitgeboorde rastermal. Vouw de lange poten zodat ze evenwijdig aan elkaar zijn en soldeer ze rij voor rij vast (zie afbeeldingen 2 & 3). Soldeer de lange poten aan elkaar, want je zult TLC's gebruiken om deze LED's te bedienen, en de TLC's zijn stroomafnemers. Dit betekent dat ze de LED's aansturen door het spanningsverschil tussen voeding en aarde te veranderen.

Stap 7: De mond-LED-matrix maken: besturingsdraden op de LED's solderen

Soldeer lange draden die in een breadboard (22 gauge) passen op alle LED-kathodedraden. Deze draden zullen de LED's aansturen. Zorg er daarna voor dat u alle afzonderlijke draden isoleert met elektrische tape (niet leuk) of krimpkous (aanbevolen). Naast het solderen van draden op alle LED's kathodedraden, soldeert u 2 of 3 draden op het anodegedeelte van het rooster (Het onderdeel dat allemaal aan elkaar gesoldeerd is). Deze draden zullen dienen als voedingsbronnen die de stroom over het hele net verdelen. Ze worden aangesloten op 5V.

Stap 8: Installeer de wenkbrauw-bewegende servo's in de robotkop

Voordat u uw mini-servo's in uw robotkop installeert, lijmt u een lange sterke (maar nog steeds buigbare) draad op de servo-arm. Deze draad gaat naar de binnenkant van je robot, komt uit de bovenkant en kruipt terug naar beneden om de wenkbrauwen te bewegen. (Zie de foto's voor verduidelijking.) Neem je mini-servo's (met de draden eraan bevestigd) en lijm ze warm aan de binnenkant van je robotkop, precies onder de ogen, en zorg ervoor dat de draden heen en weer kunnen bewegen.

Stap 9: installeer het rooster aan de binnenkant van de robotkop

Heet lijm het rooster op een stuk karton waar je gaten in hebt geboord en lijm dat op de binnenkant van de robotkop.

Stap 10: Soldeer de RGB-LED's

Soldeer de Common Anode RGB LED-kabel aan een lange draad. Soldeer vervolgens een gekleurde draad (rood, groen, blauw) aan de RGB LED-draad die ermee overeenkomt (de kleur van een individuele draad kan worden gevonden door een 3V-knoopbatterij te gebruiken om elke LED-draad om de beurt te verlichten). Vergeet niet de draden te isoleren!

Stap 11: Installeer de RGB-LED's aan de binnenkant van de robotkop

Installeer de LED's aan de binnenkant van de robotkop door ze te plaatsen waar u ze wilt hebben en vervolgens de draden op te vouwen en aan de binnenkant van de doos te plakken. Een rietje onder de LED plaatsen helpt ook om hem op zijn plaats te houden. (Zie foto's ter verduidelijking)

Stap 12: Voltooi het maken van de ogen

Lijm een vierkant stuk papier dat iets groter is dan het gat dat je hebt uitgesneden. Lijm het over het gat om het gat en de LED erachter te bedekken. U kunt ook wat vellen keukenpapier aan de binnenkant van de ooggaten plakken om het licht dat van de LED's komt te verspreiden.

Stap 13: Sluit de TLC5940NT-chips aan

In deze stap moet je 3 TLC5940NT's aan elkaar koppelen om in totaal 42 LED-uitgangen aan te sturen (36 voor de mond, 6 voor de veelkleurige ogen). keten 3 TLC5940NT's aan elkaar. Hier is het in gecomprimeerde vorm: Arduino pin 13 -> SCLK (TLC pin 25)Arduino pin 11 -> SIN (TLC pin26)Arduino pin 10 -> Blank (TLC pin 23)Arduino pin 9 -> XLAT (TLC pin 24) Arduino pin 3 -> GSCLK (TLC pin 18) --------------U------------ LED Uit 1 | 1 28 | LED uit 0LED uit 2 | 2 27 | GNDLED Uit 3 | 3 26 | SIN (Ard pin 11.)LED Uit 4 | 4 25 | SCLK (Ard-pin 13)… | 5 24 | XLAT (Ard-pin 9)… | 6 23 | BLANK (Ard-pin 10)… | 7 22 | GND… | 8 21 | VCC (5V)… | 9 20 | 2K Weerstand naar aarde… | 10 19 | 5V… | 11 18 | GSCLK (Ard-pen 3)… | 12 17 | SOUT (verbonden met de SIN van de volgende TLC in de Daisychain)… | 13 16 | XERR Uit 14 | 14 15 | LED Out 15 ----------------------------- Opmerking: we zijn 3 TLC's aan het Daisychainen, dus de SIN van de eerste TLC is verbonden met Arduino pin 11. De rest van de TLC's hebben hun SIN verbonden met de SOUT van de TLC die eraan voorafgaat. Alle BLANK's zijn met elkaar verbonden (BLANK van TLC1 is verbonden met BLANK van TLC2 enz…) Alle XLAT's zijn verbonden. Alle SCLK's zijn aangesloten. Alle GSCLK's zijn aangesloten. Alle XERR's zijn aangesloten. Sluit ook 2 of 3 elektrolytische condensatoren aan op de massa en voeding van het breadboard (negatief op de condensator die naar aarde gaat, positief naar 5V). De hoeveelheid lading die het vasthoudt, is niet zo belangrijk, maar het moet worden beoordeeld voor 5V of hoger. Deze condensatoren werken als een filter en filteren alle onvolkomenheden (ruis) in de voedingsspanning die de TLC's produceren. Dit is belangrijk omdat de Waveshield die we gaan gebruiken dezelfde grond deelt als de TLC's en ECHT niet van elektrische ruis houdt (hij maakt een raar, klikkend geluid).

Stap 14: Sluit de LED's aan op de TLC's

Verbind alle LED's met de TLC's, rij voor rij, beginnend met die in de linkerbovenhoek en ga naar de LED direct aan de rechterkant. Hier is een raster van alle LED TLC-pin-outs die zijn meegeleverd voor uw gemak. Zie afbeeldingen voor verduidelijking. Mond: 0 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Dit is ook een goed moment om uw RGB LED-ogen aan te sluiten op de TLC's, dus hier zijn de pin-outs… RGB LED-ogen: Links: RGB Rechts: RGB 36 40 38 37 41 39Niet vergeten om de universele stroomdraden voor The Grid en RGB LED's aan te sluiten op 5V!

Stap 15: Sluit de servo's aan op de TLC's

Verbind de stroom en aarde van de servo's met stroom en aarde op je breadboard. Sluit de stuurdraad van de linkerservo (Uw linkerzijde terwijl u naar de robot kijkt.) aan op pin 43 (Denk eraan om bij nul te beginnen.) en de rechterservo op pin 44. U moet een weerstand van 3,3K ohm aansluiten op beide pinnen tot 5V omdat de TLC's stroomafnemers zijn en stroom nodig hebben om te zinken.

Stap 16: U betreedt nu het land van software en code! (grotendeels)

Gelieve geen toegang…

Stap 17: Download de TLC-bibliotheek

De nieuwste TLC-bibliotheek voor de Arduino is te vinden op hun Google-codepagina op: code.google.com/p/tlc5940arduino/. Download de nieuwste bibliotheek en plaats de uitgepakte map "Tlc5940" in [map met nieuwste Arduino-versie]/hardware/ bibliotheken/

Stap 18: Test de TLC's

Laad mijn seriële uitdrukkingstestschets die u hieronder kunt downloaden. Laad het in de Freeduino en typ een aantal commando's in de seriële monitor om te testen of het hele ding werkt. Hier is de lijst met commando's: behappybesadbemadfullmouthlinemouthoffmouthoffeyesblauwgroeneogenrodeogenblauweogenopenmondtalkmouth (Het praat niet, maar het maakt mondbewegingen)

Stap 19: Download de verbeterde, hoge capaciteit ondersteunende (enigszins), Waveshield-bibliotheek

Download de nieuwe verbeterde Adafruit-golvenschild van Google-code (Bedankt meneer Fat16 voor het maken van deze verbeterde bibliotheek): code.google.com/p/wavehc/ Plak de uitgepakte map opnieuw in de map hardware/libraries/.

Stap 20: Formatteer en laad uw SD-kaarten

Plaats uw SD-kaarten in uw computer en formatteer ze met het FAT- of FAT16-bestandstype. GEEN FAT32! Laad vervolgens uw SD-kaarten met spraakbestanden van de geweldige tekst-naar-spraaksite van AT&T www.research.att.com/~ttsweb/tts/demo.php#top Hernoem de bestanden naar de naam van het woord dat het in het bestand uitspreekt en kap het af die bestandsnaam naar iets dat 6 of minder letters bevat. (De waveshield kan alleen bestanden aan waarvan de bestandsnamen 6 tekens of minder zijn.) Bijv. Als u het bestand downloadt voor "Instructables.com" -> noem het instrc.wavIf hallo -> hello.wav

Stap 21: Test uw Waveshield

Download en voer mijn seriële Waveshield-testschets uit. Je zou in staat moeten zijn om via de seriële terminal een zin te typen en de Waveshield te laten spelen (zolang het de.wav-bestanden heeft die het nodig heeft). Het neemt het eerste woord, voegt de ".wav" toe en speelt het af voordat je verder gaat met het tweede. Bijvoorbeeld.je typt: Hallo mijn naam is Bob Het zal spelen:hello.wavmy.wavname.wavis.wavbob.wav Opmerking: Test de Waveshield op de andere Freeduino (degene die niet is aangesloten op de TLC's) omdat zowel de Waveshield als de TLC's pin 13, 12, 11 en 10 gebruiken (op de Freeduino). Dit komt omdat deze pinnen hardware-ondersteuning hebben voor een interface genaamd de Serial Peripheral Interface (SPI) die zowel de TLC's als de Waveshield nodig hebben. Deze pinnen kunnen niet onderling worden gedeeld, dus we zullen twee Freeduino's aan elkaar moeten koppelen met behulp van de I2C-interface, zodat ze informatie tussen hen kunnen doorgeven. Meer hierover in stap 22.

Stap 22: Sluit de I2C-interface aan tussen beide Freeduinos

Wacht … Waarom moeten we een I2C-interface tussen twee Freeduino's aansluiten? Waarom kunnen we de Waveshield en de TLC's niet gewoon in één Freeduino pluggen? Dit is waarom: zowel de Waveshield als de TLC's gebruiken pin 13, 12, 11 en 10 op de Freeduino. De reden hiervoor is dat deze pinnen hardware-ondersteuning hebben voor een interface genaamd de Serial Peripheral Interface (SPI) die zowel de TLC's als de Waveshield nodig hebben en niet kunnen delen. Dit betekent dat we twee Freeduino's aan elkaar moeten koppelen via een soort dataverbinding, zodat ze allebei samenwerken. Serieel was geen optie omdat mijn computer het al gebruikte om te communiceren met de Waveshield Freeduino, dus na wat intensief Googlen vond ik een opmerkelijk handige en eenvoudige communicatiemethode. I2C! Hier leest u hoe u de interface aansluit: Sluit analoge ingangspen 4 aan op beide Freeduinos (dit is de SDA of seriële datalijn.) Sluit analoge ingangspen 5 op beide Freeduinos aan (dit is de SCL of seriële kloklijn.) Sluit de aarde aan op beide Freeduino's (anders werkt de I2C-interface niet.) Verbind de draad die u aan het begin van deze Instructable hebt gesoldeerd van weerstand R7 op de Waveshield naar analoge ingangspin 1 op de TLC die Freeduino bestuurt (deze draad is voor het controleren van het volume van de woorden die door de Waveshield worden gesproken en maken geen deel uit van de I2C-interface). (Zie foto voor verduidelijking)

Stap 23: Schakel I2C in op de TLC Controlling Freeduino

Schakel I2C in op de Freeduino die je hebt gebruikt om de TLC's te besturen door deze schets te downloaden. Het ontvangt informatie over uitdrukkingen van de Waveshield en controleert ook het volume van de spraakuitvoer op de Waveshield Freeduino en beweegt de mond om praten te simuleren, afhankelijk van het volume van het woord dat wordt gesproken. I2C-definitie: I2C is ook bekend als TWI (Two Wire Interface) het is een eenvoudige manier om meerdere apparaten met elkaar te verbinden (tot 128!) met twee datadraden en een gemeenschappelijke aarde. Update: ik heb een knipperfunctie toegevoegd aan de Arduino Sketch. De robot knippert nu met tussenpozen van 2-11 seconden, net als een mens.

Stap 24: Test de I2C-interface

Download deze schets en laad hem op de Waveshield Freeduino, hij stuurt de woorden "behappy;" en dan "besad;" via de I2C-interface naar de TLC die Freeduino bestuurt met tussenpozen van twee seconden, waardoor de robot hopelijk met tussenpozen van twee seconden van blij naar verdrietig gaat.

Stap 25: Je bent bijna klaar! Gewoon wat code om te laden …

Laad de definitieve versie van de Waveshield Freeduino-code. Het zou alle woorden moeten bevatten die u in de seriële monitor typt en ze uitspreekt (zolang het de.wav-bestanden heeft om het te doen) en expressiecommando's zoals "behappy;" moet doorgeven. en "bead;" op de Freeduino die de TLC's bestuurt via de I2C-interface. Opmerking: de lijst met opdrachten is hetzelfde voor de eerdere TLC-testcode (zie stap 17), behalve dat u een puntkomma moet toevoegen aan elke uitdrukkingsopdracht. Vb. Als je wilt dat de robot verdrietig is en zegt "Ik voel me verdrietig", typ dan:besad; Ik voel me verdrietig. Update: de Waveshield-schets gebruikt leestekens nu correct (d.w.z. punten en komma's, maar geen uitroeptekens).

Stap 26: Monteer alles op de Robot Head Box en je bent klaar

Monteer alle Freeduinos op de achterkant van de doos met draden. Sluit de bovenste flap van de doos met draadjes en klaar! Als het nu mijn e-mail kon controleren. Hmmmm……. Bedankt voor het lezen van deze Instructable! Reacties zijn altijd welkom op wat dan ook!

Tweede prijs in de Arduino-wedstrijd