Animatronikas pamati - servomotors: 8 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Neatkarīgi no tā, vai tas ir jautrs svētku displejs universālveikala logā vai biedējoša Helovīna palaidnība, nekas nepiesaista uzmanību kā animēta lelle.

Šīs elektroniski vadāmās animācijas dažreiz sauc par "animatroniku", un šī pamācība iemācīs jums izveidot visvienkāršāko veidu, ko kontrolē viens servomotors.

Mēs izmantosim Arduino mikrokontrolleru kā smadzenes, un mēs redzēsim, kā potenciometrs un servo darbojas iekšpusē, kā arī iemācīsim jums izveidot trīs dažādas vadības metodes:

1 - nepārtraukti atkārtota kustība

2 - kustība ar tālvadību

3 - aktivizēta kustība (izmantojot gaismas sensoru)

1. darbība: detaļu saraksts

Jums būs nepieciešams mikrokontrolleris (parādīts pirmajā attēlā ir Arduino no https://adafru.it kopā ar budžeta rezerves daļu komplektu par kopējo summu 30 USD) un servomotors (otrā torņa versija ir parādīta otrajā attēlā) kopā ar dažām savienotāja detaļām no tā paša veikala par 12 ASV dolāriem). Ja strādājat ar vairākiem servomotoriem, jums būs nepieciešams arī mazs kondensators vai jaudīgāks sprieguma avots (darbosies 9V sienas lādētājs Arduino)

Mikrokontrolleris ir viss dators vienā mikroshēmā. Acīmredzot tas nav tik jaudīgs kā jūsu mājas dators, tam ir ļoti liels RAM apjoms, nav diskdziņa, nav tastatūras vai peles, taču tas patiešām lieliski kontrolē lietas (līdz ar to arī nosaukumu). Jūs atradīsit vienu no šīm mikroshēmām daudzos ikdienas priekšmetos, piemēram, veļas mašīnās un automātiskajos degvielas iesmidzināšanas datoros.

Mikrokontrolleru zīmols "Arduino" pievieno arī dažas citas shēmas, kas savieno to ar ārpasauli un ievieto ērtā panelī.

Ņemiet vērā, ka "budžeta detaļu komplektā" ir daži vadi, rezistori, gaismas diodes un zils pogu pogas, ko sauc par potenciometriem. Vairāk par potenciometriem nākamajā solī.

Visbeidzot, jums būs nepieciešams servomotors, un tam ir pievienoti daži pieskrūvējami savienotāji, lai to piestiprinātu kustīgajai marionetei. Šajā nodarbībā mēs izmantosim X formas savienotāju.

2. solis: potenciometra apskats

Potenciometrs būtībā ir dimmera poga - vai elektronikas terminoloģijā - mainīgu rezistoru pāris. Pagriežot pogu, jūs padarāt vienu rezistoru lielāku, bet otru - mazāku.

Lielāko daļu laika mēs izmantojam potenciometru (dažreiz sauktu par "katlu"), lai kontrolētu spriegumu, izmantojot iepriekš parādīto shēmu.

Attēls kreisajā pusē parāda faktisko katlu ar augšējo un apakšējo vadu, kas savienoti ar spriegumu +5 un zemējumu, un vidējais vads izvada vēlamo spriegumu. Vidējā diagramma parāda katla simbolu, bet pēdējā diagramma parāda līdzvērtīgu ķēdi.

Attēli ir pieklājīgi Wikimedia.org

3. solis: Servo motoru apskats

Servomotoram ir četras galvenās daļas.

1. Motors, kas var griezties uz priekšu un atpakaļ, parasti ar lielu ātrumu un griezes momentu.

2. Pozīcijas noteikšanas sistēma, kas var noteikt servo motora leņķi

3. Pārnesumu sistēma, kas var veikt daudzus motora apgriezienus un padarīt to par nelielu leņķisku kustību.

4. Vadības ķēde, kas var labot kļūdu starp faktisko leņķi un vēlamo iestatītā punkta leņķi.

1. un 2. daļa ir parādīta pirmajā attēlā. Ievērojiet, ka 2. daļa ir potenciometrs.

3. daļa ir parādīta otrajā attēlā.

4. daļa ir parādīta trešajā attēlā.

4. solis: Atkārtota kustība

Šeit mēs liksim mūsu lelles "Bender" galvai pagriezties pa kreisi un pa labi, uz priekšu un atpakaļ, ja vien barošana ir pievienota no USB kabeļa. Tas ir lieliski piemērots jautram svētku displejam, kuru vēlaties kustināt visu dienu.

Arduino ir aprīkota ar integrētu izstrādes vidi (IDE), kas ir izsmalcināts veids, kā pateikt, ka tai ir datora lietotne, kas ļauj jums sniegt norādījumus (Arduino IDE ikona ir sānu attēls 8). Šīs instrukcijas paliek uz tāfeles pat tad, ja atvienojat datoru, un tās atkal sāk darboties, kad atkal pievienojat strāvu savam Arduino. Šajā gadījumā mēs izmantosim programmatūru ar nosaukumu "Slaucīšana", kuru varat atrast IDE piemēros kategorijā "Servo".

Tālāk jūs pieslēgsit servo pie kondensatora, kas stabilizēts 5 volti (sarkanais Servo vads ar Arduino +5, brūns Servo vads ar Arduino GND) un vadības signālam (dzeltens Servo vads līdz Arduino izejas tapai 9). Leļļu galva nav obligāta;-)

ZIŅAS:

Ja iepriekš minētais bija nedaudz mulsinošs, detalizēti norādījumi ir šādi:

A solis - Arduino programmēšana

• Atveriet Arduino IDE (darbvirsmā jābūt 8. attēla ikonai)
• Sadaļā “Rīki” pārliecinieties, vai “Dēlis” ir iestatīts uz “Arduino/Genuino Uno”.
• Pievienojiet Arduino aparatūru datoram, izmantojot USB kabeli
• Pārliecinieties, vai “Port” iestatījums sadaļā “Tools” ir konfigurēts arī Arduino.
• Sadaļā “Faili” atlasiet “Piemērs” ar nosaukumu “Slaucīšana” (to varat atrast sadaļā “Servos”).
• Pirms lietojat vai rediģējat šo failu, lūdzu, “Saglabāt kā” citu faila nosaukumu (tas var būt jūsu vārds vai kāds cits jūsu izvēlētais). Tas saglabās failu nemainīgu nākamajam studentam, kurš izmanto šo datoru.
• Izmantojiet bultiņas pogu (vai sadaļā “Skice” izvēlieties “Augšupielādēt”), lai augšupielādētu slaucīšanas skici Arduino

B solis - Servomotora pievienošana slaucīšanai

Šajā daļā mēs veidosim shēmu variācijas, kas aprakstītas vietnē https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso…. Mēs savienosim Servo sarkanos un brūnos vadus ar Ardiuno +5 un GND, attiecīgi. Mēs arī ievietosim sprieguma izlīdzināšanas kondensatoru pāri šim spriegumam, un visbeidzot mēs pievienosim servo dzelteno vadu ar Arduino izejas tapu 9.

• Veidojot ķēdi, atvienojiet Arduino no USB porta.
• Mēs izmantosim 5 V un zemējumu no Arduino plates, tāpēc nogādājiet tos savā maizes dēļā, izmantojot attiecīgi sarkano un zaļo vadu.
• Tā kā jauda no USB porta var būt nedaudz nestabila (nav daudz strāvas, un servomotors var izraisīt Arduino plates atiestatīšanu zemas strāvas dēļ), mēs ievietosim kondensatoru pāri šim spriegumam, pārliecinoties, ka vads ir apzīmēts ar “mīnus - "Atrodas zemes pusē.
• Tagad pievienojiet Servo vadu sarkano (+5) un brūno (zemi) pie maizes dēļa.
• Pēdējais elektriskais savienojums ir vadības signāla savienojums. SWEEP programma vadības signāla nosūtīšanai izmantos Arduino 9. tapu, tāpēc pievienojiet to Servo Motor dzeltenajam (vadības) vadam.
• IZVĒLES - Jūs varat novietot izvēlēto Animatronic galvu un tās pamatni virs servo motora, pirms to pārbaudīt. Lūdzu, esiet maigs, jo stiprinājums nav ideāls un plastmasas detaļas salūst.
• Jums vajadzētu būt iespējai izmantot USB barošanu Arduino, un SWEEP programmai vajadzētu darboties, izraisot servomotoru kustību šurpu turpu.

C solis - SWEEP programmas modificēšana

• Pirms lietojat vai rediģējat šo failu, lūdzu, “Saglabāt kā” citu faila nosaukumu (tas var būt jūsu vārds vai kāds cits jūsu izvēlētais). Jūs, iespējams, to izdarījāt jau A. darbībā. Katrai no tālāk norādītajām daļām pierakstiet savus novērojumus, kā arī visas izmaiņas, ko esat veicis kodā.
• Izmantojot hronometru, izmēriet, cik ilgs laiks nepieciešams, lai slaucītu visu ceļu un atpakaļ _
• Jūs veiksit izmaiņas programmatūrā (dažreiz to sauc par “kodu” vai “skici”)
• Mainiet abas “Kavēšanās” vērtības no 15 uz citu Lielāks skaitlis (aprēķinu ērtībai izvēlieties apaļu 15 reizinājumu). Kādu vērtību jūs izmantojāt? _. Kāds, jūsuprāt, būs jaunais SWEEP laiks? _. Izmēriet jauno SWEEP laiku un atzīmējiet visas neatbilstības _.
• Mainiet aizkavi atpakaļ uz 15 un tagad mainiet pozīcijas leņķus no 180 uz vienkārši 90 (abas šīs vērtības). Kāds ir jaunais servomotora kustības diapazons (90 grādi vai vairāk vai mazāk?) _.
• Atstājot kustības diapazonu līdz 90 grādiem, nolaidiet “Aizkavi” līdz skaitlim, kas ir mazāks par 15. Cik mazam skaitlim jūs varat doties, pirms servo sāk nepareizi rīkoties vai vairs nepabeidz visu kustības diapazonu? _

Pēc šo darbību veikšanas jums būs visi nepieciešamie mērījumi un prakse, lai būtu gatavs izmantot savu servomotoru, lai kontrolētu dažādas atkārtotas animatroniskas kustības uz priekšu un atpakaļ jebkurā vietā no neliela leņķa līdz 180 grādiem, kā arī ar dažādiem ātrumiem, kurus jūs kontrolējat.

5. darbība: tālvadības kustība

Tā vietā, lai visu dienu atkārtotu vienu un to pašu kustību, šajā solī mēs attālināti kontrolēsim mūsu animatroniskās lelles "C3PO" stāvokli, lai skatītos pa kreisi un pa labi un jebkuru pozīciju starp tām. Tā kā kontroli veic cilvēks, mēs to saucam par “atvērtā cikla” vadību.

Izmantojot atvērtās cilpas vadību, jūs kontrolējat precīzu servomotora stāvokli. Lai pagrieztu, mums būs nepieciešama poga, un mēs šim nolūkam izmantosim zilo potenciometru.

• Mums būs nepieciešama cita vieta uz maizes dēļa, kurai ir +5 un 0 (zemes) volti. Izvelciet šos džemperu vadus, lai atdalītu rindas uz maizes dēļa, un novietojiet tos vienas rindas attālumā viens no otra, lai tie sakristu ar potenciometra ārējām tapām, ko pēc brīža pievienosim.
• Tagad pievienojiet potenciometru. Pirms iespiežat potenciometra tapas maizes dēļā, pārliecinieties, vai visi trīs ir ievietoti pareizajos caurumos, un pēc tam nospiediet tapas taisni uz leju, lai tās nesaliektos. Potenciometra centrālā tapa tiks savienota ar Arduino analogo ievadi (A0). Lai to izdarītu, tiek pievienots papildu vads.
• Lai nolasītu spriegumu no potenciometra un izmantotu to, lai kontrolētu servomotoru, mēs izmantosim programmatūru “KNOB”, kas atrodama arī sadaļā Fails -> Piemēri -> Servo. Palaidiet programmu, pagrieziet pogu un ierakstiet to, ko novērojat.

Protams, jūs varat vadīt ļoti garus vadus tā, lai vadības poga atrastos citā telpā nekā animatronic marionete, vai arī jūs varētu atrasties tikai neliela attāluma attālumā (piemēram, uzņemot filmu, uzņemot filmu).

6. darbība: aktivizēta kustība (izmantojot sensoru)

Dažreiz jūs vēlaties, lai marionete pēkšņi kustētos - īpaši biedējošām Helovīna blēņām vai lai piesaistītu vēl lielāku uzmanību. Šajā solī mēs pārkonfigurēsim savu lelli “Lieldienu salas galva”, lai ātri pagrieztos un stātos pretī tam, kurš iet garām un met ēnu uz gaismas sensoru.

Servomotora sensora vadības gadījumā mēs izmantosim gaismas sensoru, kas kontrolēs precīzu servomotora stāvokli. Jo tumšāka ēna metās uz sensoru (un, domājams, jo tuvāk cilvēks iet pie lelles), jo ātrāk un tālāk lelle pagriež galvu.

• Mēs noņemsim potenciometru un aizstāsim to ar divu rezistoru ekvivalentu ķēdi. Šajā gadījumā viens no diviem rezistoriem (R2) būs gaismas sensors.
• Lai dotu mums nedaudz vietas, mēs izklājam +5V (pa kreisi) un 0V zemējuma (labajā pusē) klucīšus, lai varētu pievienot 10K omu rezistoru un gaismas sensoru, kas centrā savienoti vienā rindā ar džempera kabeli, kas ved uz analogo ieeju nulle (A0) uz Arduino tāfeles.
• Izmantojiet rokas ēnu, lai aptumšotu gaismas sensoru, un izmantojiet citus veidus, kā panākt, lai gaismas sensors iegūtu pēc iespējas vairāk un mazāk gaismas. Vai jūs varat iegūt visu 180 grādu kustības diapazonu?

Tāpat kā tālvadības pults versijā, jūs varat novietot foto rezistoru lielā attālumā no savas animatroniskās lelles, un jūs varat mainīt rezistora vērtības vai programmatūras programmēšanu, lai mainītu leļļu reakcijas.

7. solis: tagad izmēģiniet

Tagad esat apguvis trīs pamata animatroniskās kustības veidus, ko varat izveidot ar vienu servomotoru.

- Atkārtota kustība

- Kustība ar tālvadību

- Aktivizēja kustību, izmantojot sensorus

Jūs varat to pacelt nākamajā līmenī, izmantojot dažāda veida lelles, kustības, vadīklas un, protams, mākslinieciskumu, ko varat radīt tikai jūs!