Animatronikos pagrindai - servo variklis: 8 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Nesvarbu, ar tai linksmas atostogų ekranas universalinės parduotuvės lange, ar baisi Helovino išdaiga, niekas nepritraukia dėmesio kaip animacinė lėlė.

Šios elektroniniu būdu valdomos animacijos kartais vadinamos „animatronika“, ir ši instrukcija išmokys jus sukurti paprasčiausią rūšį, valdomą vienu servo varikliu.

Mes naudosime „Arduino“mikrovaldiklį kaip smegenis, ir pamatysime, kaip viduje veikia potenciometras ir servo, taip pat išmokysime sukurti tris skirtingus valdymo metodus:

1 - nuolat kartojamas judesys

2 - Nuotoliniu būdu valdomas judesys

3 - Suaktyvintas judesys (naudojant šviesos jutiklį)

1 žingsnis: dalių sąrašas

Jums reikės mikrovaldiklio (parodyta pirmame paveikslėlyje yra „Arduino“iš https://adafru.it kartu su jų biudžetinių dalių rinkiniu, kurio bendra suma yra 30 USD) ir servo variklio (maža „Tower“versija parodyta antrame paveikslėlyje kartu su kai kuriomis jungčių dalimis iš tos pačios parduotuvės už 12 USD). Jei naudojate kelis servo variklius, jums taip pat reikės mažo kondensatoriaus arba galingesnio įtampos šaltinio (veiks 9V sieninis įkroviklis „Arduino“)

Mikrovaldiklis yra visas kompiuterio kompiuteris viename luste. Akivaizdu, kad jis nėra toks galingas kaip jūsų namų kompiuteris, jame yra labai daug RAM, nėra diskų įrenginio, nėra klaviatūros ar pelės, tačiau jis tikrai puikiai valdo dalykus (taigi ir pavadinimas). Vieną iš šių mikroschemų rasite daugelyje kasdienių daiktų, tokių kaip skalbimo mašinos ir automatiniai kuro purkštuvai.

„Arduino“mikrovaldiklių prekės ženklas taip pat prideda keletą kitų grandinių, jungiančių jį su išoriniu pasauliu ir padedantis ant patogios plokštės.

Atkreipkite dėmesį, kad „biudžetinių dalių rinkinyje“yra keli laidai, rezistoriai, šviesos diodai ir mėlyna rankenėlių pora, vadinama potenciometrais. Daugiau apie potenciometrus - kitame žingsnyje.

Galiausiai jums reikės servo variklio, ir jis turi keletą prisukamų jungčių, kad jį pritvirtintumėte prie judančios lėlės. Šioje pamokoje naudosime X formos jungtį.

2 žingsnis: potenciometro peržiūra

Potenciometras iš esmės yra reguliatoriaus rankenėlė - arba elektronikos terminologija - kintamų rezistorių pora. Pasukdami rankenėlę, jūs padidinate vieną rezistorių, o kitą - mažesnį.

Dažniausiai įtampai valdyti naudojame potenciometrą (kartais vadinamą „puodu“), naudojant aukščiau pateiktą schemą.

Kairiajame paveikslėlyje pavaizduotas tikrasis puodas, viršutinis ir apatinis laidai prijungti prie įtampos +5 ir įžeminimo, o vidurinis laidas išleidžia norimą įtampą. Vidurinėje diagramoje pavaizduotas puodo simbolis, o paskutinėje - lygiavertė grandinė.

Vaizdai yra mandagūs Wikimedia.org

3 žingsnis: Servo variklio apžvalga

Servo variklį sudaro keturios pagrindinės dalys.

1. Variklis, galintis pasukti pirmyn ir atgal, dažniausiai dideliu greičiu ir sukimo momentu.

2. Padėties aptikimo sistema, galinti pasakyti, kokiu kampu servo variklis šiuo metu yra

3. Pavarų sistema, kuri gali suktis daug variklio ir suformuoti nedidelį kampinį judesį.

4. Valdymo grandinė, galinti ištaisyti klaidą tarp tikrojo kampo ir norimo nustatyto taško kampo.

1 ir 2 dalys parodytos pirmame paveikslėlyje. Atkreipkite dėmesį, kad 2 dalis yra potenciometras.

3 dalis parodyta antrame paveikslėlyje.

4 dalis parodyta trečiame paveikslėlyje.

4 žingsnis: pasikartojantis judesys

Čia mes priversime savo lėlės „Bender“galvą pasukti į kairę ir į dešinę, pirmyn ir atgal, jei tik maitinimas bus prijungtas iš USB kabelio. Tai puikiai tinka linksmam atostogų ekranui, kurį norite judėti visą dieną.

„Arduino“yra su integruota kūrimo aplinka (IDE), kuri yra išgalvotas būdas pasakyti, kad kartu su jūsų kompiuteriui skirta programa leidžia duoti nurodymus („Arduino IDE“piktograma yra šoninė 8 pav.). Šios instrukcijos lieka saugomos lentoje, net jei atjungiate kompiuterį, ir jos vėl pradeda veikti, kai vėl prijungiate maitinimą prie „Arduino“. Šiuo atveju naudosime programinę įrangą „Sweep“, kurią rasite IDE pavyzdžių kategorijoje „Servo“.

Tada prijungsite servo prie 5 voltų stabilizuoto kondensatoriaus (raudonas servo laidas prie „Arduino +5“, rudas servo laidas prie „Arduino GND“) ir prie valdymo signalo (geltonas servo laidas prie „Arduino“išėjimo kaiščio 9). Lėlės galva neprivaloma;-)

DUOMENYS:

Jei tai, kas išdėstyta aukščiau, buvo šiek tiek paini, išsamios instrukcijos yra šios:

A žingsnis - „Arduino“programavimas

• Atidarykite „Arduino IDE“(darbalaukyje turėtų būti 8 pav. Piktograma)
• Skiltyje „Įrankiai“įsitikinkite, kad „Lenta“nustatyta kaip „Arduino/Genuino Uno“.
• Prijunkite „Arduino“aparatinę įrangą prie kompiuterio naudodami USB kabelį
• Įsitikinkite, kad „Arduino“taip pat sukonfigūruotas „Porto“nustatymas skiltyje „Įrankiai“.
• Skiltyje „Failai“pasirinkite „Pavyzdys“, pavadintą „Šlavimas“(jį rasite skiltyje „Servos“)
• Prieš naudodamiesi ar redaguodami šį failą, „Išsaugoti kaip“pasirinkite kitą failo pavadinimą (gali būti jūsų vardas arba bet koks jūsų pasirinktas). Taip kito kompiuterio, naudojančio šį kompiuterį, failas išliks nepakitęs.
• Norėdami įkelti „Sweep“eskizą į „Arduino“, naudokite rodyklės mygtuką (arba skiltyje „Eskizas“pasirinkite „Įkelti“).

B žingsnis - Servo variklio prijungimas prie šlavimo

Šioje dalyje mes sukursime schemų, aprašytų https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso…, variantus. Mes prijungsime raudonus ir rudus „Servo“laidus prie „Ardiuno“+5 ir GND, atitinkamai. Mes taip pat įdėsime įtampos išlyginimo kondensatorių per tą įtampą ir galiausiai prijungsime geltoną servo laidą prie „Arduino“išvesties kaiščio 9.

• Kurdami grandinę, atjunkite „Arduino“iš USB prievado.
• Mes naudosime 5 V ir įžeminimą iš „Arduino“plokštės, todėl perkelkite juos į savo duonos lentą, naudodami atitinkamai raudonus ir žalius laidus.
• Kadangi maitinimas gali būti šiek tiek nestabilus iš USB prievado (nėra daug srovės, o servo variklis gali sukelti „Arduino“plokštės atstatymą dėl mažos srovės), mes įdėsime kondensatorių per šią įtampą, įsitikindami, kad laidas pažymėtas „minusas - “Yra ant žemės.
• Dabar prijunkite „Servo“laidą prie raudonos (+5) ir rudos (žemės) prie duonos lentos.
• Galutinis elektros jungtis yra valdymo signalas. „SWEEP“programa naudos „Arduino“kaištį Nr. 9, kad išsiųstų valdymo signalą, todėl prijunkite jį prie geltonojo „Servo“variklio (valdymo) laido.
• PASIRENKAMA - prieš išbandydami galite pastatyti pasirinktą „Animatronic“galvutę ir jos pagrindą ant servo variklio. Būkite švelnūs, nes prigludimas nėra tobulas ir plastikinės dalys lūžta.
• Turėtumėte turėti galimybę prijungti USB maitinimą prie „Arduino“, o „SWEEP“programa turėtų veikti, todėl servo variklis pradės judėti pirmyn ir atgal.

C žingsnis - SWEEP programos keitimas

• Prieš naudodamiesi ar redaguodami šį failą, „Išsaugoti kaip“pasirinkite kitą failo pavadinimą (gali būti jūsų vardas arba bet koks jūsų pasirinktas). Tikriausiai tai padarėte jau atlikdami A. veiksmą. Įrašykite savo pastebėjimus ir visus kodo pakeitimus kiekvienoje toliau pateiktoje dalyje.
• Naudodami chronometrą išmatuokite, kiek laiko reikia nuvalyti iki galo ir atgal _
• Atliksite programinės įrangos pakeitimus (kartais vadinamus „kodu“arba „eskizu“)
• Pakeiskite abi „Delay“reikšmes iš 15 į kitą didesnį (kad būtų lengviau apskaičiuoti, pasirinkite apvalų 15 kartotinį). Kokią vertę naudojote? _. Kaip manote, koks bus naujas SWEEP laikas? _. Išmatuokite naują SWEEP laiką ir atkreipkite dėmesį į visus neatitikimus _.
• Pakeiskite vėlavimus atgal į 15 ir dabar pakeiskite padėties kampus nuo 180 iki tiesiog 90 (abi šios vertės). Koks yra naujas servo variklio judesių diapazonas (90 laipsnių ar daugiau ar mažiau?) _.
• Palikdami judesio diapazoną iki 90 laipsnių, sumažinkite „Delay“iki skaičiaus, mažesnio nei 15. Iki kokio mažo skaičiaus galite pereiti, kol servo sistema nepradės elgtis netaisyklingai arba nebeužbaigs viso judesio diapazono? _

Atlikę šiuos veiksmus, turėsite visus reikalingus matavimus ir praktiką, kad būtumėte pasirengę naudoti savo servo variklį, kad galėtumėte valdyti įvairius pasikartojančius pirmyn ir atgal animatroninius judesius bet kur nuo mažo kampo iki 180 laipsnių, taip pat valdydami įvairius greičius.

5 žingsnis: nuotoliniu būdu valdomas judesys

Užuot kartoję tą patį judesį visą dieną, šiame žingsnyje nuotoliniu būdu valdysime savo animatroninės lėlės „C3PO“padėtį, kad galėtume žiūrėti į kairę ir į dešinę bei bet kurią padėtį tarp jų. Kadangi žmogus kontroliuoja, mes tai vadiname „atviro ciklo“valdymu.

Naudodami atviros kilpos valdymą, jūs valdote tikslią servo variklio padėtį. Mums reikės rankenėlės, kad galėtumėte pasukti, ir tam naudosime mėlyną potenciometrą.

• Mums reikės kitos vietos ant duonos lentos, kurioje yra +5 ir 0 (žemės) voltai. Nubraukite šiuos trumpiklius, skirtus duonos lentos eilėms, ir padėkite juos viena eilute vienas nuo kito, kad sulygiuotumėte su išoriniais potenciometro kaiščiais, kuriuos akimirksniu pridėsime.
• Dabar pridėkite potenciometrą. Prieš stumdami potenciometro kaiščius į duonos lentą, įsitikinkite, kad visi trys iš jų yra su tinkamomis skylėmis, o tada smeigtukus stumkite tiesiai žemyn, kad jie nesulenktų. Centrinis potenciometro kaištis bus prijungtas prie „Arduino“analoginio įvesties nulio (A0). Norėdami tai padaryti, pridedama papildoma viela.
• Norėdami nuskaityti įtampą iš potenciometro ir naudoti ją servo varikliui valdyti, naudosime „KNOB“programinę įrangą, taip pat esančią skiltyje Failas -> Pavyzdžiai -> Servo. Paleiskite programą, pasukite rankenėlę ir įrašykite tai, ką pastebėjote.

Natūralu, kad galite paleisti labai ilgus laidus, kad valdymo rankenėlė būtų kitoje patalpoje nei animatroninė lėlė, arba galite būti visai netoliese (pvz., Kai fotografuojate fotoaparatą).

6 žingsnis: suaktyvinamas judesys (naudojant jutiklį)

Kartais norisi, kad lėlytė staiga pajudėtų - ypač dėl baisių Helovino išdaigų ar pritraukti dar daugiau dėmesio. Šiame žingsnyje mes iš naujo sukonfigūruosime savo marionetę „Velykų salos galva“, kad greitai apsisuktume ir susidurtume su tuo, kas eina pro šalį ir meta šešėlį ant šviesos jutiklio.

Servo variklio jutiklio valdymo atveju naudosime šviesos jutiklį, kuris valdys tikslią servo variklio padėtį. Kuo tamsesnis šešėlis ant jutiklio (ir, tikėtina, kuo arčiau žmogus eina prie lėlės), tuo greičiau ir toliau lėlė pasuka galvą.

• Mes pašalinsime potenciometrą ir pakeisime jį lygiaverte dviejų rezistorių grandine. Šiuo atveju vienas iš dviejų rezistorių (R2) bus šviesos jutiklis.
• Norėdami suteikti mums šiek tiek vietos, mes išskleidžiame +5 V (kairėje) ir 0 V įžeminimo (dešinėje) jungiklius, kad galėtume pridėti 10 K omų rezistorių ir šviesos jutiklį, prijungtus centre toje pačioje eilutėje kaip ir jungiamasis kabelis, vedantis į analoginę įvestį nulis (A0) „Arduino“lentoje.
• Naudokite savo rankos šešėlį, kad užtemdytumėte šviesos jutiklį, ir naudokite kitus būdus, kad šviesos jutiklis gautų kuo daugiau ir kuo mažiau šviesos. Ar galite gauti visą 180 laipsnių judesio diapazoną?

Kaip ir nuotolinio valdymo pulto versijoje, foto rezistorių galite pastatyti toli nuo savo animatroninės lėlės, taip pat galite pakeisti rezistoriaus reikšmes arba programinę įrangą, kad pakeistumėte lėlių reakcijas.

7 žingsnis: Dabar pabandykite

Dabar jūs įvaldėte tris pagrindinius animatroninio judesio tipus, kuriuos galite sukurti naudodami vieną servo variklį.

- Pasikartojantis judesys

- Nuotoliniu būdu valdomas judesys

- Suaktyvintas judesys naudojant jutiklius

Tai galite pakelti į kitą lygį naudodami įvairias lėles, judesius, valdiklius ir natūraliai meniškumą, kurį galite sukurti tik jūs!