Elementele de bază Animatronics - Servomotorul: 8 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Fie că este vorba de un afiș vesel de vacanță în vitrina unui magazin universal sau de o farsă înspăimântătoare de Halloween, nimic nu atrage atenția ca o marionetă animată.

Aceste animații controlate electronic sunt uneori numite „animatronice”, iar acest lucru instructiv vă va învăța cum să faceți cel mai simplu tip, unul controlat de un singur servomotor.

Vom folosi microcontrolerul Arduino ca creier și vom vedea cum funcționează un potențiometru și un servo în interior, de asemenea, vă învățăm cum să construiți trei metode de control diferite:

1 - Repetarea continuă a mișcării

2 - Mișcare controlată de la distanță

3 - Mișcare declanșată (folosind un senzor de lumină)

Pasul 1: Lista pieselor

Veți avea nevoie de un microcontroler (prezentat în prima imagine este Arduino de pe https://adafru.it împreună cu kitul lor de piese bugetare pentru un total de 30 USD) și un servomotor (o versiune mică Tower este prezentată în a doua imagine împreună cu unele componente ale conectorului, de la același magazin la 12 USD). Veți avea nevoie, de asemenea, de un condensator mic sau de o sursă de tensiune mai puternică dacă funcționați mai multe servo-motoare (un încărcător de perete de 9V pentru Arduino va funcționa)

Un microcontroler este un computer întreg pe un singur cip. Evident, nu la fel de puternic ca computerul dvs. de acasă, are o memorie RAM foarte slabă, nu are unitate de disc, nu are tastatură sau mouse, dar este foarte bun la controlul lucrurilor (de unde și numele). Veți găsi unul dintre aceste cipuri în multe articole de zi cu zi, cum ar fi mașinile de spălat și computerele cu injector de combustibil auto.

Marca de microcontrolere „Arduino” adaugă, de asemenea, alte circuite care îl conectează la lumea exterioară și îl pune pe o placă convenabilă.

Observați că în „setul de piese bugetare” există câteva fire, rezistențe, lumini LED și o pereche albastră de butoane, numite potențiometre. Mai multe despre potențiometre în pasul următor.

În cele din urmă, veți avea nevoie de un servomotor și vine cu niște conectori înșurubabili pentru a-l atașa la marioneta dvs. în mișcare. Vom folosi conectorul în formă de X în această lecție.

Pasul 2: Revizuirea potențiometrului

Un potențiometru este în esență un buton mai slab - sau în terminologia electronică - o pereche de rezistențe variabile. Rotind butonul, faceți un rezistor mai mare, iar celălalt rezistor mai mic.

De cele mai multe ori folosim un potențiometru (numit uneori „oală”) pentru a controla o tensiune folosind schema de circuit prezentată mai sus.

Imaginea din stânga arată potul real, cu firele superioare și inferioare conectate la tensiunea +5 și la masă, iar firul din mijloc care scoate tensiunea dorită. Diagrama din mijloc arată simbolul pentru o oală, iar ultima diagramă arată circuitul echivalent.

Imaginile sunt oferite de Wikimedia.org

Pasul 3: Servo Motor Review

Un servomotor are patru părți principale.

1. Un motor care se poate roti înainte și înapoi, de obicei la viteză mare și cuplu.

2. Un sistem de detectare a poziției, care poate spune la ce unghi este servomotorul în prezent

3. Un sistem de angrenare care poate face multe rotiri ale unui motor și îl poate transforma într-o mică mișcare unghiulară.

4. Un circuit de control care poate corecta eroarea dintre unghiul real și unghiul dorit al punctului de setare.

Părțile 1 și 2 sunt prezentate în prima imagine. Observați că partea 2 este un potențiometru.

Partea 3 este prezentată în a doua imagine.

Partea 4 este prezentată în a treia imagine.

Pasul 4: Mișcare repetitivă

Aici vom face capul păpușii noastre „Bender” să se întoarcă la stânga și la dreapta, înainte și înapoi, atâta timp cât alimentarea este conectată de la cablul USB. Acest lucru este minunat pentru un afișaj distractiv de vacanță pe care doriți să îl continuați să vă mișcați toată ziua.

Arduino vine cu un mediu de dezvoltare integrat (IDE), care este un mod fantezist de a spune că vine cu o aplicație pentru computerul dvs., care vă permite să-i dați instrucțiuni (pictograma Arduino IDE este o figură laterală 8). Aceste instrucțiuni rămân stocate pe placă chiar dacă deconectați computerul și încep să ruleze din nou când reconectați alimentarea la Arduino. În acest caz, vom folosi software-ul numit „Sweep”, pe care îl puteți găsi în exemplele IDE din categoria „Servo”.

Apoi veți conecta servo la un condensator stabilizat de 5 volți (fir roșu Servo la Arduino +5, fir Servo maro la Arduino GND) și la semnalul de control (fir Servo galben la pinul de ieșire Arduino 9). Capul de marionetă este opțional;-)

DETALII:

Dacă cele de mai sus au fost puțin confuze, instrucțiunile detaliate sunt după cum urmează:

Pasul A - Programarea Arduino

• Deschideți IDE-ul Arduino (ar trebui să fie o pictogramă figura 8 pe desktop)
• Sub „Instrumente” asigurați-vă că „Placa” este setată la „Arduino / Genuino Uno”.
• Conectați hardware-ul Arduino la computer utilizând cablul USB
• Asigurați-vă că setarea „Port” din „Instrumente” este configurată și pentru Arduino.
• Sub „Fișiere”, selectați „Exemplul” numit „Mătură” (îl puteți găsi sub „Servo”)
• Înainte de a utiliza sau edita acest fișier, vă rugăm să „Salvați ca” un alt nume de fișier (poate fi numele dvs. sau orice alegeți). Aceasta va păstra fișierul neschimbat pentru următorul student care folosește acest computer.
• Utilizați butonul săgeată (sau sub „Schiță” selectați „Încărcare”) pentru a încărca schița Sweep pe Arduino

Pasul B - Conectarea servomotorului la Sweep

În această parte, vom construi variații ale circuitelor descrise în https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso … Vom conecta firele roșii și maro ale Servo-ului la +5 și GND ale Ardiuno, respectiv. De asemenea, vom pune un condensator de aplatizare a tensiunii peste această tensiune și, în cele din urmă, vom conecta firul galben al servo-ului la pinul de ieșire 9 al Arduino.

• Deconectați Arduino de la portul USB atunci când construiți circuitul.
• Vom folosi 5V și Ground de pe placa Arduino, așa că aduceți-le pe placa dvs. cu ajutorul firelor roșii și, respectiv, verzi.
• Deoarece puterea poate fi puțin tremurată de portul USB (nu prea mult curent, iar servomotorul poate determina resetarea plăcii Arduino din cauza curentului redus) vom pune un condensator peste această tensiune, asigurându-ne că firul etichetat „minus - „Este pe partea de la sol.
• Acum conectați cablul roșu (+5) și maro (la sol) cu firul Servo la panoul de măsurare.
• Conexiunea electrică finală este cea a semnalului de comandă. Programul SWEEP va utiliza pinul # 9 al Arduino pentru a trimite semnalul de control, deci conectați-l la firul galben (de control) al servomotorului.
• OPȚIONAL - Puteți plasa un cap Animatronic la alegere și baza acestuia deasupra servomotorului înainte de a-l testa. Vă rugăm să fiți blând, deoarece potrivirea nu este perfectă, iar piesele din plastic se rup.
• Ar trebui să puteți aplica puterea USB Arduino și programul SWEEP ar trebui să ruleze, determinând servomotorul să măture înainte și înapoi.

Pasul C - Modificarea programului SWEEP

• Înainte de a utiliza sau edita acest fișier, vă rugăm să „Salvați ca” un alt nume de fișier (poate fi numele dvs. sau orice alegeți). Probabil că ați făcut acest lucru deja la pasul A. Pentru fiecare dintre părțile de mai jos, înregistrați observațiile dvs., precum și orice modificări aduse codului.
• Folosind un cronometru, măsurați cât timp este necesar pentru a mătura până la capăt și înapoi _
• Veți face modificări software-ului (uneori numit „cod” sau „schiță”)
• Schimbați ambele valori „Întârziere” de la 15 la un alt număr mai mare (alegeți un multiplu rotund de 15 pentru ușurința calculelor). Ce valoare ai folosit? _. Care credeți că va fi noua oră SWEEP? _. Măsurați noul timp SWEEP și notați orice discrepanțe _.
• Schimbați întârzierile înapoi la 15 și schimbați acum unghiurile de poziție de la 180 la pur și simplu 90 (ambele valori). Care este noua gamă de mișcare a servomotorului (90 de grade, sau mai mult sau mai puțin?) _.
• Lăsând intervalul de mișcare la 90 de grade, reduceți „Întârzierea” la un număr mai mic de 15. Cât de mic dintr-un număr puteți merge înainte ca servo-ul să înceapă să se comporte neregulat sau să nu mai completeze întregul interval de mișcare? _

După parcurgerea acestor pași, veți avea toate măsurătorile și practica de care aveți nevoie pentru a fi gata să utilizați servomotorul pentru a controla o varietate de mișcări repetitive animatronice înainte și înapoi, oriunde dintr-un unghi mic până la 180 de grade și, de asemenea, la o mare varietate de viteze pe care le controlați.

Pasul 5: Mișcare controlată de la distanță

În loc să repetăm aceeași mișcare peste tot timpul zilei, în acest pas vom controla de la distanță poziția marionetei noastre animatronice „C3PO” pentru a privi în stânga și în dreapta și orice poziție între ele. Deoarece un om controlează, numim acest control "buclă deschisă".

Cu controlul buclei deschise, controlați poziția exactă a servomotorului. Vom avea nevoie de un buton pentru a vă întoarce și vom folosi potențiometrul albastru pentru aceasta.

• Vom avea nevoie de un alt loc pe panoul care are +5 și 0 (la sol) volți. Rulați aceste fire jumper pentru a separa rândurile de pe panou și faceți-le un rând unul față de celălalt, pentru a se alinia cu pinii externi ai potențiometrului pe care îi vom adăuga într-o clipă.
• Acum adăugați potențiometrul. Înainte de a împinge știfturile potențiometrului în panou, asigurați-vă că toate cele trei sunt aliniate cu găurile corecte, apoi împingeți știfturile drept în jos, astfel încât să nu se îndoaie. Pinul central al potențiometrului va fi conectat la intrarea analogică zero (A0) de pe Arduino. Se adaugă un fir suplimentar pentru a face acest lucru.
• Pentru a citi tensiunea de la potențiometru și a o folosi pentru a controla servomotorul, vom folosi software-ul „KNOB”, găsit și în Fișier -> Exemple -> Servo. Rulați programul, rotiți butonul și înregistrați ceea ce observați.

Bineînțeles, ai putea rula niște fire foarte lungi, astfel încât butonul de control să fie într-o cameră diferită de marioneta animatronică sau să te afli la o distanță scurtă (în afara filmării făcute de filmare, de exemplu).

Pasul 6: mișcare declanșată (folosind un senzor)

Uneori vrei ca marioneta să te miști dintr-o dată - mai ales pentru farse înfricoșătoare de Halloween sau pentru a atrage și mai multă atenție. În acest pas, vom reconfigura marioneta noastră „Capul Insulei Paștelui” pentru a se întoarce rapid și a înfrunta pe oricine trece și aruncă o umbră pe un senzor de lumină.

În cazul controlului senzorului servomotorului, vom folosi un senzor de lumină care va controla poziția exactă a servomotorului. Cu cât umbra este mai întunecată asupra senzorului (și probabil cu cât persoana se apropie de marionetă), cu atât mai repede și mai departe, marioneta își întoarce capul.

• Vom scoate potențiometrul și îl vom înlocui cu circuitul echivalent al a două rezistențe. În acest caz, unul dintre cele două rezistențe (R2) va fi un senzor de lumină.
• Pentru a ne oferi spațiu, întindem lumpere + 5V (stânga) și masă 0V (dreapta), astfel încât să putem adăuga rezistența de 10K Ohm și senzorul de lumină, conectate în centru în același rând cu cablul jumper care duce la intrarea analogică zero (A0) pe placa Arduino.
• Folosiți umbra mâinii pentru a ascunde senzorul de lumină și utilizați alte modalități de a face senzorul de lumină să obțină cea mai mare și cea mai mică cantitate posibilă de lumină. Ești capabil să obții întreaga gamă de mișcare de 180 de grade?

La fel ca în versiunea cu telecomandă, puteți plasa rezistorul foto la o distanță bună de marioneta animatronică și puteți schimba valorile rezistorului sau programarea software pentru a schimba reacțiile marionetei.

Pasul 7: Acum îl încercați

Acum ați însușit cele trei tipuri de bază de mișcare animatronică pe care le puteți crea cu un singur servomotor.

- Mișcare repetitivă

- Mișcare controlată de la distanță

- Mișcare declanșată folosind senzori

Puteți duce acest lucru la nivelul următor folosind diferite tipuri de marionete, mișcare, comenzi și, în mod natural, arta pe care numai voi o puteți crea!