Testa robotica diretta alla luce. Da materiali riciclati e riutilizzati: 11 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Se qualcuno si chiede se la robotica possa venire con una tasca vuota, forse questo istruibile può dare una risposta. Motori passo-passo riciclati da una vecchia stampante, palline da ping pong usate, candele, balsa usata, filo di un vecchio appendiabiti, filo smaltato usato erano alcuni dei materiali che ho usato per realizzare questa testa robotica. Ho anche usato quattro servomotori, uno scudo motore adafruit e un arduino UNO. Tutti questi sono stati riutilizzati da altri progetti, che sono stati abbattuti! Tutti i produttori sanno che questo è inevitabile per risparmiare denaro.

Poiché non esiste un robot senza interazione con l'ambiente, questo tende a voltarsi e guardare verso il punto più luminoso intorno. Questo è composto dai sensori più economici di sempre: le fotocellule. Non sono i più affidabili ma sono abbastanza affidabili da fare qualcosa di decente.

Passaggio 1: materiali utilizzati

1. Arduino UNO
2. Scudo motore Adafruit V2
3. servo SG90 X 3
4. un servo MG995 per girare il collo
5. motore passo-passo, ne ho usato uno di 20 anni, non è necessario che sia un motore a coppia elevata
6. breadboard 400 e cavi jumper
7. tre fotocellule e tre resistenze da 1K, 1/4W
8. Trasformatore DC 6V per l'alimentazione dei servi attraverso la breadboard
9. 3 palline da ping pong
10. bordo di schiuma
11. legno di balsa
12. filo duro
13. tubo di plastica e rame di diametro tale da poter stare l'uno nell'altro, di lunghezza 20cm sono più che sufficienti
14. Legno 15X15cm come base
15. due tubi di cartone di carta da cucina
16. barrette di ferro per contrappeso

Passaggio 2: fare i bulbi oculari

1. Devi tagliare una pallina da ping pong in due semisfere
2. Accendendo una candela sopra la palla tagliata, puoi effettivamente incerarla. Prende in questo modo un aspetto oleoso. Non sono un artista, ma penso che sia più naturale in questo modo.
3. Quindi devi fare un disco di legno di balsa dello spessore di 1 cm, che dovrebbe adattarsi alla palla tagliata (emisfero).
4. Infine forare una custodia (un foro poco profondo) per la lente dell'occhio. Quindi puoi mettere lì, quello che dovrebbe sembrare una lente dell'occhio.

Passaggio 3: creazione del meccanismo di movimento degli occhi

L'idea principale per progettare questo meccanismo è che l'occhio dovrebbe essere in grado di ruotare attorno a due assi contemporaneamente. Uno verticale e uno orizzontale. Questi assi di rotazione dovrebbero essere impostati in modo che si intercettino al centro del bulbo oculare altrimenti il movimento potrebbe non sembrare naturale. Quindi questo centro menzionato è posto al centro del disco di balsa che è incollato nell'emisfero del ping pong.

Lo sforzo fatto, doveva gestire materiali banali per far sì che ciò accadesse. La serie di foto che seguono mostrano la strada.

Nelle foto si vede un tubo bianco e uno di metallo, che si incastrano bene l'uno nell'altro. Quello bianco era un palo per una piccola bandiera e il metallo è un tubo di rame. Li ho scelti perché si incastrano bene l'uno nell'altro e hanno solo pochi mm di diametro. La dimensione effettiva non è importante. Potresti usare qualsiasi altro che possa fare il lavoro!

Passaggio 4: testare i movimenti

Poiché non sono stati utilizzati software di simulazione, l'unico modo per trovare i limiti dei movimenti che provenivano dai servocomandi è un test fisico effettivo. In questo modo è mostrato nelle immagini per la rotazione su e giù degli occhi. Trovare i limiti è necessario poiché la rotazione dei servi ha anche dei limiti e delle aspettative per il movimento degli occhi per sembrare il più naturale possibile pone anche dei limiti.

Per definire una procedura, relativa alle immagini mostrate, potrei dire:

1. collegare l'occhio con il servo con un filo
2. ruotare con la mano la leva del servo in modo che l'occhio prenda le posizioni più estreme (avanti e indietro)
3. controllare la posizione del servo in modo che l'occhio possa assumere queste posizioni
4. fare (tagliare o simile) il punto in cui il servo prende una posizione stabile
5. dopo aver posizionato saldamente il servo ricontrollare se le posizioni massime per l'occhio sono ancora possibili..

Passaggio 5: realizzazione delle palpebre

1. Misura la distanza tra gli occhi reali.
2. Disegna due semicerchi con un diametro uguale agli occhi e disegnali su un pannello di gommapiuma con una distanza tra i centri misurata al punto 1.
3. Ritaglia ciò che hai disegnato.
4. Taglia in quattro una pallina da ping pong.
5. Incolla ogni pezzo tagliato di pallina da ping pong su uno dei due semicerchi appena tagliati.
6. Tagliare piccoli pezzi di tubi come si vede nell'ultima foto e incollarli in modo che si allineino. Guarda l'ultima foto per il pezzo finale desiderato

Passaggio 6: vista finale per i meccanismi di occhi e palpebre

Ci sono delle evidenti imprecisioni ma considerando il costo estremamente contenuto e i materiali "morbidi" che ho utilizzato il risultato mi sembra soddisfacente!

Dalla foto si vede che il servo che fa girare le palpebre fa effettivamente il movimento in una direzione e lascia il lavoro ad una molla per l'altra!

Passaggio 7: realizzare il meccanismo del collo

La testa dovrebbe essere in grado di girare a sinistra oa destra, diciamo 90 gradi in entrambe le direzioni e anche su e giù non tanto quanto la rotazione orizzontale, diciamo 30 gradi su e giù.

Ho usato uno stepper che ruota la testa orizzontalmente. Un piccolo pezzo di cartone funge da piattaforma a basso attrito per il meccanismo come il muschio (faccia). La prima foto mostra la meccanica. Lo stepper estende la rotazione orizzontale dopo che la rotazione dell'occhio orizzontale raggiunge il limite superiore sinistro o destro. Poi c'è anche un limite per la successiva rotazione degli stepper.

Per la rotazione delle teste su e giù ho usato un servo come si può vedere nella seconda foto. Il braccio del servo funge da lato del parallelogramma flessibile, dove il lato parallelo a quello funge da base per lo stepper. Quindi, quando il servo gira, la base dello stepper gira allo stesso modo. Gli altri due lati di quel parallelogramma sono due pezzi di cavo rigido che hanno una direzione verticale e rimangono paralleli l'uno all'altro mentre si muovono su e giù.

Passaggio 8: seconda soluzione del meccanismo del collo

In questo passaggio puoi vedere un'altra possibile soluzione per girare la testa in orizzontale e in verticale. Uno stepper effettua la rotazione orizzontale e il secondo quella verticale. Per fare in modo che ciò accada, gli stepper devono essere incollati come mostrato nelle immagini. Sulla parte superiore dello stepper superiore dovrebbe essere fissato il meccanismo dell'occhio con il muschio.

Come svantaggio di questo approccio potrei indicare il modo in cui lo stepper inferiore è fissato su un piano verticale di legno. Questo potrebbe dopo un certo uso diventare instabile.

Passaggio 9: creazione del sistema di sensori di posizione della sorgente luminosa

Per localizzare una fonte di luce in tre dimensioni sono necessari almeno tre sensori di luce. Tre LDR in questo caso.

Due di loro (posizionati sulla stessa linea orizzontale alla parte inferiore della testa) dovrebbero essere in grado di dire la differenza di densità di energia luminosa orizzontalmente e il terzo (posto alla parte superiore della testa) dovrebbe mostrarci rispetto al misura media delle due inferiori la differenza di densità di energia luminosa in verticale.

Il file pdf allegato ti mostra il modo per trovare la migliore inclinazione dei tubi (cannucce) contenenti gli LDR per portare le informazioni più affidabili per la posizione alla fonte di luce.

Con il codice fornito puoi testare il rilevamento della luce con tre LDR. Ogni LDR attiva un corrispondente LED che si accende linearmente in relazione alla quantità di energia luminosa in ingresso.

Per chi volesse delle soluzioni più sofisticate offro una foto di un dispositivo sperimentale che mostra come trovare la migliore inclinazione (angolo φ) per i tubi LDR in modo che a parità di angolo θ della luce in ingresso si ottenga la massima differenza di misurazioni LDR. Ho incluso un piano per spiegare gli angoli. Penso che questo non sia il posto giusto per ulteriori informazioni scientifiche. Di conseguenza, sono arrivato a usare un'inclinazione di 30 gradi (45 è meglio però)!

Passaggio 10: e alcuni suggerimenti per… l'elettronica

Avere 4 servomotori rende impossibile alimentarli direttamente da arduino. Quindi li ho alimentati da un alimentatore esterno (ho usato un banale trasformatore) con 6V.

Lo stepper era alimentato e controllato tramite Adafruit Motorshield V2.

Le fotocellule sono state controllate da arduino uno. Il pdf allegato include informazioni più che sufficienti per questo. Al circuito LDR ho usato resistori da 1K.

Passaggio 11: poche parole per il codice

L'architettura del codice ha come strategia che la routine del ciclo void contenga solo poche righe e che ci siano alcune routine, una per ogni attività.

Prima di fare qualsiasi cosa la testa prende la sua posizione iniziale e aspetta. Posizione iniziale significa palpebre chiuse, occhi che guardano in avanti sotto le palpebre e l'asse verticale della testa è perpendicolare ad un piano orizzontale della base di appoggio.

Per prima cosa il robot dovrebbe svegliarsi. Quindi, mentre rimane fermo, riceve misurazioni di luce in attesa di un aumento improvviso e grande (puoi decidere di quanto) per iniziare a muoverti.

Poi gira prima gli occhi nella giusta direzione e se non riescono a raggiungere il punto più luminoso la testa inizia a muoversi. C'è un limite ad ogni rotazione che deriva dai limiti fisici dei meccanismi. Quindi un'altra costruzione può avere altri limiti a seconda della meccanica delle costruzioni (geometria).

Un consiglio in più ha a che fare con la velocità di reazione del robot. Nel video il robot è volutamente lento. Puoi velocizzarlo facilmente disattivando un ritardo (500); che viene inserito nel void loop() del codice!

Buona fortuna con la realizzazione!