Roboterkopf auf Licht gerichtet. Aus recycelten und wiederverwendeten Materialien - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Wenn sich jemand fragt, ob Robotik mit einer leeren Tasche kommen kann, kann dieses instructable vielleicht eine Antwort geben. Recycelte Schrittmotoren aus einem alten Drucker, gebrauchte Tischtennisbälle, Kerzen, gebrauchtes Balsa, Draht aus einem alten Kleiderbügel, gebrauchter Lackdraht waren einige der Materialien, die ich verwendet habe, um diesen Roboterkopf herzustellen. Ich habe auch vier Servomotoren, ein Adafruit-Motorschild und ein Arduino UNO verwendet. All diese wurden aus anderen Projekten wiederverwendet, denen sie verwüstet wurden! Alle Hersteller wissen, dass dies unvermeidlich ist, um Geld zu sparen.

Da es keinen Roboter ohne Interaktion mit der Umgebung gibt, neigt dieser dazu, sich dem hellsten Punkt in der Nähe zuzuwenden und ihn zu betrachten. Dieser besteht aus den billigsten Sensoren aller Zeiten: den Fotozellen. Sie sind nicht die vertrauenswürdigsten, aber vertrauenswürdig genug, um etwas Anständiges zu machen.

Schritt 1: Verwendete Materialien

1. Arduino UNO
2. Adafruit Motorschild V2
3. Servo SG90 X 3
4. ein Servo MG995 zum Drehen des Halses
5. Schrittmotor, ich habe einen 20 Jahre alten verwendet, es muss kein Motor mit hohem Drehmoment sein
6. Steckbrett 400 und Überbrückungskabel
7. drei Fotozellen und drei 1K, 1/4W Widerstände
8. DC-Transformator 6V zur Stromversorgung der Servos über das Steckbrett
9. 3 Tischtennisbälle
10. Schaumstoffplatte
11. Balsaholz
12. harter Draht
13. Kunststoff- und Kupferrohr mit Durchmesser so dass sie ineinander passen, in der Länge sind 20cm mehr als genug
14. 15X15cm Holz als Basis
15. zwei Kartonröhren aus Küchenpapier
16. kleine Eisenstangen für Gegengewicht

Schritt 2: Herstellung der Augäpfel

1. Du musst einen Tischtennisball in zwei Halbkugeln schneiden
2. Wenn Sie eine Kerze über der geschnittenen Kugel anzünden, können Sie sie tatsächlich wachsen. Es nimmt auf diese Weise ein öliges Aussehen an. Ich bin kein Künstler, aber ich denke, so sieht es natürlicher aus.
3. Dann muss man aus einem 1cm dicken Balsaholz eine Scheibe machen, die in die geschnittene Kugel (Halbkugel) passen soll.
4. Bohren Sie zuletzt ein Gehäuse (ein flaches Loch) für die Augenlinse. Dann kann man dort hinstellen, was wie eine Augenlinse aussehen soll.

Schritt 3: Herstellung des Augenbewegungsmechanismus

Die Grundidee bei der Konstruktion dieses Mechanismus besteht darin, dass sich das Auge gleichzeitig um zwei Achsen drehen kann. Eine vertikale und eine horizontale. Diese Drehachsen sollten so eingestellt werden, dass sie die Mitte des Augapfels schneiden, da sonst die Bewegung nicht natürlich aussehen könnte. Dieses erwähnte Zentrum wird also in die Mitte der Balsa-Scheibe gelegt, die in die Tischtennis-Halbkugel eingeklebt ist.

Der Aufwand, der unternommen wurde, musste triviale Materialien verwalten, um dies zu ermöglichen. Die folgende Fotoserie weist den Weg.

Auf den Bildern sieht man ein weißes und ein Metallrohr, die gut ineinander passen. Die weiße war früher eine Stange für eine kleine Flagge und das Metall ist ein Kupferrohr. Ich habe sie gewählt, weil sie gut ineinander passen und nur wenige mm Durchmesser haben. Die tatsächliche Größe ist nicht wichtig. Sie könnten jeden anderen verwenden, der die Arbeit erledigen kann!

Schritt 4: Testen der Bewegungen

Da keine Simulationssoftware verwendet wurde, ist die einzige Möglichkeit, die Grenzen von Bewegungen, die von Servos ausgingen, zu finden, echte physikalische Tests. Dieser Weg ist in den Bildern für die Auf- und Abwärtsdrehung der Augen gezeigt. Das Finden der Grenzen ist notwendig, da die Rotation von Servos auch Grenzen hat und die Erwartungen an die Augenbewegung, um möglichst natürlich auszusehen, auch Grenzen setzt.

Um ein Verfahren zu definieren, das sich auf die gezeigten Bilder bezieht, könnte ich sagen:

1. Verbinden Sie das Auge mit dem Servo mit einem Draht
2. drehen Sie mit der Hand den Servohebel so, dass das Auge seine äußersten Positionen einnimmt (vor und zurück)
3. Überprüfen Sie die Position des Servos, damit das Auge diese Positionen einnehmen kann
4. machen (Schnitt oder ähnliches) den Platz für das Servo, um eine feste Position einzunehmen
5. Nach dem Positionieren des Servos noch einmal fest prüfen, ob die äußersten Positionen für das Auge noch möglich sind.

Schritt 5: Herstellung der Augenlider

1. Messen Sie den Abstand zwischen den tatsächlichen Augen.
2. Planen Sie zwei Halbkreise mit einem Durchmesser gleich den Augen und zeichnen Sie sie auf eine Schaumstoffplatte mit einem Abstand zwischen den Mittelpunkten, wie in Schritt 1 gemessen.
3. Schneide aus, was du gezeichnet hast.
4. Schneiden Sie einen Tischtennisball in vier Teile.
5. Kleben Sie jedes abgeschnittene Stück Tischtennisball auf einen der beiden gerade geschnittenen Halbkreise.
6. Schneiden Sie kleine Röhrenstücke wie auf dem letzten Foto zu sehen und kleben Sie sie so, dass sie ausgerichtet sind. Siehe letztes Foto für das gewünschte Endstück

Schritt 6: Endgültige Ansicht für Augen- und Augenlidmechanismen

Es gibt einige offensichtliche Ungenauigkeiten, aber angesichts der extrem niedrigen Kosten und der "weichen" Materialien, die ich verwendet habe, scheint mir das Ergebnis zufriedenstellend!

Auf dem Foto ist zu sehen, dass das Servo, das die Augenlider dreht, tatsächlich die Bewegung in eine Richtung macht und die Arbeit einer Feder für die andere überlässt!

Schritt 7: Herstellung des Halsmechanismus

Der Kopf sollte sich nach links oder rechts drehen können, sagen wir 90 Grad in jede Richtung und auch nach oben und unten, nicht so sehr wie die horizontale Drehung, sagen wir 30 Grad nach oben und unten.

Ich habe einen Stepper verwendet, der den Kopf horizontal dreht. Ein kleines Stück Pappe dient als reibungsarme Plattform für den Mechanismus wie den Moschus (Gesicht). Das erste Bild zeigt die Mechanik. Der Stepper erweitert die horizontale Drehung, nachdem die horizontale Augendrehung ihre obere linke oder rechte Grenze erreicht hat. Dann gibt es auch eine Grenze für die folgende Stepper-Rotation.

Für die Auf- und Abwärtsdrehung der Köpfe habe ich ein Servo verwendet, wie es im zweiten Bild zu sehen ist. Der Arm des Servos fungiert als Seite des flexiblen Parallelogramms, wobei die parallele Seite dazu als Basis für den Stepper dient. Wenn sich das Servo dreht, dreht sich die Basis des Steppers gleich. Die anderen beiden Seiten dieses Parallelogramms sind zwei harte Kabel, die eine vertikale Richtung haben und parallel zueinander bleiben, während sie sich auf und ab bewegen.

Schritt 8: Halsmechanismus 2. Lösung

In diesem Schritt sehen Sie eine weitere mögliche Lösung, um den Kopf horizontal und vertikal zu drehen. Ein Stepper macht die horizontale Drehung und der zweite die vertikale. Um dies zu ermöglichen, sollten die Stepper wie auf den Bildern zu sehen geklebt werden. Auf der Oberseite des oberen Steppers sollte die Augenmechanik mit dem Moschus befestigt werden.

Als Nachteil dieses Ansatzes könnte ich darauf hinweisen, dass der untere Stepper auf einer vertikalen Holzebene befestigt ist. Dies kann nach einiger Verwendung instabil werden.

Schritt 9: Erstellen des Lichtquellen-Standortsensorsystems

Um eine Lichtquelle in drei Dimensionen zu orten, benötigen Sie mindestens drei Lichtsensoren. Drei LDRs in diesem Fall.

Zwei von ihnen (auf der gleichen horizontalen Linie zum unteren Teil des Kopfes platziert) sollten in der Lage sein, den Unterschied der Lichtenergiedichte horizontal zu erkennen und der dritte (auf dem oberen Teil des Kopfes platziert) sollte uns im Vergleich zu den mittlere Messung der beiden unteren die Lichtenergiedichtedifferenz vertikal.

Die beiliegende PDF-Datei zeigt Ihnen, wie Sie die beste Neigung der Röhrchen (Strohhalme) mit den LDRs finden, um die vertrauenswürdigeren Informationen für den Standort zur Lichtquelle zu bringen.

Mit dem angegebenen Code können Sie die Lichterkennung mit drei LDRs testen. Jeder LDR aktiviert eine entsprechende LED, die in Abhängigkeit von der einfallenden Lichtenergiemenge linear aufleuchtet.

Für diejenigen, die anspruchsvollere Lösungen wünschen, gebe ich ein Foto von einem experimentellen Gerät, das zeigt, wie man die beste Neigung (Winkel φ) für die LDRs-Röhren findet, damit Sie für den gleichen Winkel θ des einfallenden Lichts den größten Unterschied in erhalten LDR-Messungen. Ich habe einen Plan beigefügt, um die Winkel zu erklären. Ich denke, dies ist nicht der richtige Ort für mehr wissenschaftliche Informationen. Als Ergebnis habe ich eine Neigung von 30 Grad verwendet (45 ist jedoch besser)!

Schritt 10: Und einige Tipps für … Elektronik

Mit 4 Servos ist es unmöglich, sie direkt von Arduino zu betreiben. Also habe ich sie von einem externen Netzteil (ich habe einen trivialen Transformator verwendet) mit 6V versorgt.

Der Stepper wurde über Adafruit Motorshield V2 mit Strom versorgt und gesteuert.

Die Fotozelle wurde von Arduino Uno gesteuert. Das angehängte pdf enthält dazu mehr als genug Informationen. Bei der LDR-Schaltung habe ich 1K-Widerstände verwendet.

Schritt 11: Ein paar Worte für den Code

Die Codearchitektur hat als Strategie, dass die void-Schleifenroutine nur wenige Zeilen enthält und es einige wenige Routinen gibt, eine für jede Aufgabe.

Bevor er etwas tut, nimmt der Kopf seine Ausgangsposition ein und wartet. Ausgangsposition bedeutet, dass die Augenlider geschlossen sind, die Augen unter den Augenlidern geradeaus schauen und die vertikale Achse des Kopfes senkrecht zu einer horizontalen Ebene der Stützbasis steht.

Zuerst sollte der Roboter aufwachen. Während er stillsteht, empfängt er Lichtmessungen, die auf einen plötzlichen und großen Anstieg warten (Sie können entscheiden, wie viel), um sich zu bewegen.

Dann dreht es zuerst die Augen in die richtige Richtung und wenn sie den hellsten Punkt nicht erreichen, setzt sich der Kopf in Bewegung. Jede Drehung hat eine Grenze, die sich aus den physikalischen Grenzen der Mechanismen ergibt. So kann eine andere Konstruktion je nach Konstruktions-(Geometrie-)Mechanik andere Grenzen haben.

Ein zusätzlicher Tipp hat mit der Reaktionsgeschwindigkeit des Roboters zu tun. Im Video ist der Roboter absichtlich langsam. Sie können dies leicht beschleunigen, indem Sie eine Verzögerung (500) deaktivieren; die in der void loop() des Codes platziert wird!

Viel Erfolg beim Selbermachen!