Основи на Animatronics - серво моторът: 8 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Независимо дали става въпрос за весела ваканционна витрина на витрината на универсален магазин или страшна шега за Хелоуин, нищо не привлича вниманието като анимирана кукла.

Тези електронно контролирани анимации понякога се наричат "аниматроника" и тази инструкция ще ви научи как да направите най -основния вид, такъв, управляван от един серво мотор.

Ще използваме микроконтролера Arduino като мозък и ще видим как вътре работят потенциометър и серво, също така ще ви научим как да изградите три различни метода за управление:

1 - Непрекъснато повтарящо се движение

2 - Дистанционно управляемо движение

3 - Задействано движение (с помощта на светлинен сензор)

Стъпка 1: Списък на частите

Ще ви е необходим микроконтролер (показан на първата снимка е Arduino от https://adafru.it заедно с бюджетния им комплект части за общо $ 30) и серво мотор (малка версия на Tower е показана на втората снимка заедно с някои части на съединителя, от същия магазин на цена от $ 12). Ще ви е необходим и малък кондензатор или по -мощен източник на напрежение, ако работите с няколко серво мотора (9V зарядно за стена за Arduino ще работи)

Микроконтролерът е цял компютър на един чип. Очевидно не е толкова мощен, колкото вашият домашен компютър, той има много малка RAM, няма дисково устройство, няма клавиатура или мишка, но наистина е страхотен в контрола на нещата (оттук и името). Ще намерите един от тези чипове в много ежедневни предмети, като перални машини и компютри с автоматични инжектори за гориво.

Марката микроконтролери "Arduino" също добавя някои други схеми, които я свързват с външния свят, и я поставя на удобна платка.

Забележете, че в "комплекта за бюджетни части" има няколко проводника, резистори, LED осветления и синя двойка копчета, наречени потенциометри. Повече за потенциометрите в следващата стъпка.

И накрая, ще ви трябва серво мотор и той идва с някои винтови съединители, за да го прикрепите към движещата се кукла. В този урок ще използваме конектор с форма X.

Стъпка 2: Преглед на потенциометъра

Потенциометърът е по същество копче за димер - или в терминологията на електрониката - двойка променливи резистори. Завъртайки копчето, вие правите един резистор по -голям, а другият резистор по -малък.

През повечето време използваме потенциометър (понякога наричан "пот"), за да контролираме напрежение, използвайки схемата, показана по -горе.

Най -лявата снимка показва действителното гърне, като горният и долният проводник са свързани към напрежението +5 и земята, а средният проводник извежда желаното напрежение. Средната диаграма показва символа за пота, а последната диаграма показва еквивалентната верига.

Изображенията са предоставени с любезното съдействие на Wikimedia.org

Стъпка 3: Преглед на серво мотора

Серво моторът има четири основни части.

1. Мотор, който може да се върти напред и назад, обикновено с висока скорост и въртящ момент.

2. Система за откриване на позиция, която може да определи под какъв ъгъл е сервомоторът в момента

3. Система от зъбни колела, която може да извърши много завъртания на двигателя и да го превърне в малко ъглово движение.

4. Контролна верига, която може да коригира грешката между действителния ъгъл и желания ъгъл на зададената точка.

Части 1 и 2 са показани на първото изображение. Обърнете внимание, че част 2 е потенциометър.

Част 3 е показана на второто изображение.

Част 4 е показана на третото изображение.

Стъпка 4: Повтарящо се движение

Тук ще накараме главата на нашия куклен „Бендер“да се завърти наляво и надясно, напред и назад, стига захранването да е свързано от USB кабела. Това е чудесно за забавен празничен дисплей, който искате да продължите да се движите през целия ден.

Arduino идва с интегрирана среда за разработка (IDE), което е фантастичен начин да се каже, че идва с приложение за вашия компютър, което ви позволява да му давате инструкции (иконата на Arduino IDE е странична фигура 8). Тези инструкции остават записани на дъската, дори ако изключите компютъра, и те започват да работят отново, когато свържете отново захранването към вашия Arduino. В този случай ще използваме софтуера, наречен „Sweep“, който можете да намерите в примерите за IDE под категорията „Servo“.

След това ще свържете серво към стабилизиран с кондензатор 5 волта (червен серво проводник към Arduino +5, кафяв серво проводник към Arduino GND) и към управляващия сигнал (жълт серво проводник към изходния извод 9 на Arduino). Куклената глава е по избор;-)

ПОДРОБНОСТИ:

Ако горното е малко объркващо, подробните инструкции са следните:

Стъпка А - Програмиране на Arduino

• Отворете Arduino IDE (трябва да е икона на фигура 8 на вашия работен плот)
• Под „Инструменти“се уверете, че „Табло“е настроено на „Arduino/Genuino Uno“.
• Свържете хардуера Arduino към компютъра с помощта на USB кабел
• Уверете се, че настройката „Порт“в „Инструменти“също е конфигурирана за Arduino.
• Под „Файлове“изберете „Пример“, наречен „Sweep“(можете да го намерите под „Servos“)
• Преди да използвате или редактирате този файл, моля „Запазете като“различно име на файл (може да бъде вашето име или каквото изберете). Това ще запази файла непроменен за следващия ученик, който използва този компютър.
• Използвайте бутона със стрелка (или под „Sketch“изберете „Upload“), за да качите скицата Sweep в Arduino

Стъпка B - Свързване на серво мотора към Sweep

В тази част ще изградим варианти на схемите, описани в https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso …… Ще свържем червения и кафявия проводник на Servo към +5 и GND на Ardiuno, съответно. Също така ще поставим кондензатор за изравняване на напрежението през това напрежение и накрая ще свържем жълтия проводник на серво към изходния щифт 9 на Arduino.

• Изключете Arduino от USB порта, когато изграждате веригата.
• Ще използваме 5V и Ground от дъската на Arduino, така че ги пренесете в чертежа си, използвайки съответно червените и зелените проводници.
• Тъй като захранването може да бъде малко разклатено от USB порта (няма много ток, а серво моторът може да доведе до нулиране на платката Arduino поради нисък ток), ще поставим кондензатор през това напрежение, като се уверим, че проводникът е означен с „минус - „Е от страната на земята.
• Сега свържете червения (+5) и кафявия (заземен) проводник на серво към платката.
• Крайната електрическа връзка е тази на управляващия сигнал. Програмата SWEEP ще използва щифт #9 на Arduino за изпращане на управляващия сигнал, така че свържете това към жълтия (контролен) проводник на серво мотора.
• ОПЦИОНАЛНО - Можете да поставите избрана от вас Animatronic глава и нейната основа върху сервомотора, преди да го тествате. Моля, бъдете внимателни, тъй като прилягането не е перфектно и пластмасовите части се счупват.
• Трябва да можете да приложите USB захранване към Arduino и програмата SWEEP трябва да работи, което води до задвижване на серво мотора напред -назад.

Стъпка В - Промяна на програмата SWEEP

• Преди да използвате или редактирате този файл, моля „Запазете като“различно име на файл (може да бъде вашето име или каквото изберете). Вероятно сте направили това вече в стъпка А. За всяка от частите по -долу запишете вашите наблюдения, както и всички промени, които сте направили в кода.
• Използвайки хронометър, измерете колко време отнема да преминете през целия път и обратно _
• Ще правите промени в софтуера (понякога наричан „код“или „скица“)
• Променете двете стойности на „Закъснение“от 15 на друго по -голямо число (изберете кръг, кратен на 15 за по -лесно изчисление). Каква стойност използвахте? _. Какво според вас ще бъде новото време на SWEEP? _. Измерете новото време на SWEEP и отбележете всички несъответствия _.
• Променете закъсненията обратно на 15 и сега променете ъглите на позицията от 180 на просто 90 (и двете стойности). Какъв е новият диапазон на движение на серво мотора (90 градуса или повече или по -малко?) _.
• Оставяйки обхвата на движение до 90 градуса, намалете „Закъснението“до число, по -малко от 15. До колко малко число можете да отидете, преди сервото да започне да се държи неравномерно или вече да не завърши целия диапазон на движение? _

След като изпълните тези стъпки, ще имате всички измервания и практика, от които се нуждаете, за да сте готови да използвате вашия серво мотор, за да контролирате различни повтарящи се аниматронни движения напред и назад, навсякъде от малък ъгъл чак до 180 градуса, а също при голямо разнообразие от контролирани от вас скорости.

Стъпка 5: Движение с дистанционно управление

Вместо да повтаряме едно и също движение през целия ден, в тази стъпка ние ще управляваме дистанционно позицията на нашата аниматронична кукла "C3PO", за да гледаме наляво и надясно и всяка позиция между тях. Тъй като човек контролира, ние наричаме това управление с "отворен контур".

С управление с отворен контур вие контролирате точното положение на серво мотора. Ще се нуждаем от копче, за да го завъртите, и ще използваме синия потенциометър за това.

• Ще имаме нужда от друго място на макета, което има +5 и 0 (заземяващи) волта. Прокарайте тези джъмперни проводници, за да разделите редовете на макета и ги направете един ред един от друг, за да се подравнят с външните щифтове на потенциометъра, които ще добавим след малко.
• Сега добавете потенциометъра. Преди да натиснете щифтовете на потенциометъра в макета, уверете се, че и трите са подредени с правилните отвори, след което натиснете щифтовете направо надолу, така че да не се огъват. Централният щифт на потенциометъра ще бъде свързан към нула на аналоговия вход (A0) на Arduino. За това се добавя допълнителен проводник.
• За да прочетем напрежението от потенциометъра и да го използваме за управление на серво мотора, ще използваме софтуера „KNOB“, който също се намира под Файл -> Примери -> Серво. Стартирайте програмата, завъртете копчето и запишете това, което наблюдавате.

Естествено, можете да прокарате няколко много дълги проводника, така че копчето за управление да е в различна стая от аниматроничната кукла, или да бъдете само на малко разстояние (например от снимка на камерата, когато правите филм).

Стъпка 6: Задействано движение (с помощта на сензор)

Понякога искате куклата ви да се премести изведнъж - особено за страшни шеги на Хелоуин или да привлечете още повече внимание. В тази стъпка ще преконфигурираме нашата кукла „Глава на Великденския остров“, за да се обърне бързо и да се изправи срещу всеки, който минава и хвърля сянка върху сензор за светлина.

В случай на сензорно управление на серво мотора, ще използваме светлинен сензор, който ще контролира точното положение на серво мотора. Колкото по -тъмна е сянката, хвърлена върху сензора (и вероятно колкото по -близо човек се приближава до куклата), толкова по -бързо и по -далече марионетката завърта глава.

• Ще премахнем потенциометъра и ще го заменим с еквивалентна схема от два резистора. В този случай един от двата резистора (R2) ще бъде светлинен сензор.
• За да ни даде малко място, ние разпределяме +5V (ляв) и 0V заземен (десен) лумпър, за да можем да добавим 10K Ohm резистор и сензор за светлина, свързани в центъра в същия ред като кабела на джъмпера, водещ към аналоговия вход нула (A0) на дъската на Arduino.
• Използвайте сянката на ръката си, за да скриете сензора за светлина, и използвайте други начини да накарате сензора за светлина да получи максимално и възможно най -малко количество светлина. Можете ли да получите пълния обхват на движение от 180 градуса?

Точно както във версията с дистанционно управление, можете да поставите фоторезистора на голямо разстояние от вашата аниматронична кукла и можете да промените стойностите на резистора или софтуерното програмиране, за да промените куклините реакции.

Стъпка 7: Сега опитайте

Сега сте усвоили трите основни вида аниматронично движение, които можете да създадете с един серво мотор.

- Повтарящо се движение

- Дистанционно управляемо движение

- Задействано движение с помощта на сензори

Можете да изведете това на следващото ниво, като използвате различни видове кукли, движения, контроли и естествено артистичността, която само вие можете да създадете!