หัวหุ่นยนต์พุ่งตรงไปที่แสง จากวัสดุรีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่: 11 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

หากมีคนสงสัยว่าหุ่นยนต์สามารถมาพร้อมกับกระเป๋าเปล่าได้หรือไม่ คำแนะนำนี้สามารถให้คำตอบได้ สเต็ปเปอร์มอเตอร์รีไซเคิลจากเครื่องพิมพ์เก่า ใช้ลูกปิงปอง เทียน บัลซ่าใช้แล้ว ลวดจากไม้แขวนเก่า ลวดเคลือบที่ใช้แล้วเป็นวัสดุบางอย่างที่ฉันใช้ทำหัวหุ่นยนต์นี้ ฉันยังใช้เซอร์โวมอเตอร์สี่ตัว อะดาฟรุตมอเตอร์ชิลด์หนึ่งอันและ Arduino UNO ทั้งหมดนี้ถูกนำกลับมาใช้ใหม่จากโครงการอื่น ๆ ซึ่งพวกเขาถูกอำมหิต! ผู้ผลิตทุกคนรู้ดีว่าสิ่งนี้เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เพื่อประหยัดเงิน

เนื่องจากไม่มีหุ่นยนต์ตัวใดที่ปราศจากปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม หุ่นยนต์ตัวนี้จึงมักจะหันเข้าหาและมองไปยังจุดที่สว่างที่สุดรอบๆ เซ็นเซอร์นี้ทำขึ้นจากเซ็นเซอร์ที่ถูกที่สุด: โฟโตเซลล์ พวกเขาไม่น่าเชื่อถือที่สุด แต่น่าเชื่อถือพอที่จะทำสิ่งที่เหมาะสม

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุที่ใช้

1. Arduino UNO
2. มอเตอร์ชิลด์ Adafruit V2
3. เซอร์โว SG90 X 3
4. หนึ่งเซอร์โว MG995 สำหรับหมุนคอ
5. สเต็ปเปอร์มอเตอร์ ผมใช้มา 20 กว่าปีแล้ว ไม่จำเป็นต้องเป็นมอเตอร์แรงบิดสูง
6. เขียงหั่นขนม 400 และสายจัมเปอร์
7. โฟโตเซลล์สามตัวและตัวต้านทาน 1K, 1/4W สามตัว
8. หม้อแปลงไฟฟ้ากระแสตรง 6V สำหรับจ่ายไฟเซอร์โวผ่านเขียงหั่นขนม
9. ลูกปิงปอง 3 ลูก
10. โฟมบอร์ด
11. ไม้บัลซ่า
12. สายแข็ง
13. ท่อพลาสติกและทองแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใส่กันได้ยาว 20 ซม. ก็เกินพอ
14. ฐานไม้ 15X15ซม.
15. กระดาษแข็งสองหลอดจากกระดาษในครัว
16. แท่งเหล็กขนาดเล็กสำหรับถ่วงน้ำหนัก

ขั้นตอนที่ 2: การสร้างลูกตา

1. คุณต้องตัดลูกปิงปองเป็นสองครึ่ง
2. จุดเทียนบนลูกตัด คุณสามารถแว็กซ์ได้จริง มันใช้วิธีนี้ดูมัน ฉันไม่ใช่ศิลปิน แต่ฉันคิดว่ามันดูเป็นธรรมชาติมากกว่านี้
3. จากนั้นคุณต้องทำดิสก์จากไม้บัลซ่าหนา 1 ซม. ซึ่งควรพอดีกับลูกตัด (ซีกโลก)
4. สุดท้ายเจาะเคส (รูตื้น) สำหรับเลนส์ตา จากนั้นคุณสามารถใส่สิ่งที่ควรจะดูเหมือนเลนส์ตา

ขั้นตอนที่ 3: การสร้างกลไกการเคลื่อนไหวของดวงตา

แนวคิดหลักในการออกแบบกลไกนี้คือ ตาควรจะสามารถหมุนได้สองแกนพร้อมกัน หนึ่งแนวตั้งและหนึ่งแนวนอน ควรกำหนดแกนหมุนเหล่านี้ให้ตัดไปที่กึ่งกลางลูกตา มิฉะนั้น การเคลื่อนไหวจะไม่ดูเป็นธรรมชาติ ดังนั้นศูนย์ที่กล่าวถึงนี้จึงถูกวางไว้ที่กึ่งกลางของแผ่นบัลซ่าซึ่งติดกาวอยู่ในซีกโลกของปิงปอง

ความพยายามทำให้ต้องจัดการวัสดุเล็กน้อยเพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้น ภาพชุดที่ตามมาแสดงวิธีการ

ในภาพคุณสามารถเห็นท่อสีขาวและท่อโลหะที่เข้ากันได้ดี อันสีขาวเคยเป็นเสาติดธงเล็ก ส่วนโลหะเป็นท่อทองแดง ฉันเลือกพวกมันเพราะพวกมันเข้ากันได้ดีและมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่มม. ขนาดจริงไม่สำคัญ คุณสามารถใช้อย่างอื่นที่สามารถทำงานได้!

ขั้นตอนที่ 4: ทดสอบการเคลื่อนไหว

เนื่องจากไม่มีการใช้ซอฟต์แวร์จำลองสถานการณ์ วิธีเดียวที่จะค้นหาขีดจำกัดของการเคลื่อนไหวที่มาจากเซอร์โวคือการทดสอบทางกายภาพจริง วิธีนี้จะแสดงในภาพสำหรับการพลิกตาขึ้นและลง การหาขีดจำกัดเป็นสิ่งที่จำเป็นเนื่องจากการหมุนของเซอร์โวยังมีข้อจำกัดและความคาดหวังสำหรับการเคลื่อนไหวของดวงตาเพื่อให้ฉากดูเป็นธรรมชาติที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

เพื่อกำหนดขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับรูปภาพที่แสดง ฉันสามารถพูดได้ว่า:

1. เชื่อมต่อตากับเซอร์โวด้วยลวด
2. หมุนคันโยกเซอร์โวด้วยมือเพื่อให้ตาอยู่ในตำแหน่งสูงสุด (ไปมา)
3. ตรวจสอบตำแหน่งของเซอร์โวเพื่อให้ตาสามารถจับตำแหน่งเหล่านี้ได้
4. ทำให้ (ตัดหรือคล้ายกัน) ที่สำหรับเซอร์โวให้อยู่ในตำแหน่งที่มั่นคง
5. หลังจากวางตำแหน่งเซอร์โวแล้ว ให้ตรวจสอบอีกครั้งว่าตำแหน่งสูงสุดของตายังเป็นไปได้หรือไม่..

ขั้นตอนที่ 5: การสร้างเปลือกตา

1. วัดระยะห่างระหว่างดวงตาจริง
2. วางแผนครึ่งวงกลมสองวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับดวงตา แล้ววาดบนแผ่นโฟมโดยเว้นระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางตามที่วัดในขั้นตอนที่ 1
3. ตัดสิ่งที่คุณวาดออก
4. ตัดลูกปิงปองออกเป็นสี่ส่วน
5. กาวแต่ละชิ้นของลูกปิงปองกับหนึ่งในสองอันที่เพิ่งตัดครึ่งวงกลม
6. ตัดหลอดเล็ก ๆ ตามที่เห็นในรูปสุดท้ายแล้วทากาวให้เรียงกัน ดูรูปสุดท้ายสำหรับปลายคันที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 6: มุมมองขั้นสุดท้ายสำหรับกลไกตาและเปลือกตา

มีความไม่ถูกต้องชัดเจนอยู่บ้าง แต่เมื่อพิจารณาจากต้นทุนที่ต่ำมาก และวัสดุที่ "อ่อนนุ่ม" ที่ฉันเคยใช้ ผลลัพธ์ก็น่าพอใจสำหรับฉัน!

ในภาพจะเห็นได้ว่าเซอร์โวที่หมุนเปลือกตาจริง ๆ แล้วขยับไปในทิศทางเดียวและปล่อยให้งานไปที่สปริงสำหรับอีกด้านหนึ่ง!

ขั้นตอนที่ 7: การสร้างกลไกคอ

ศีรษะควรจะสามารถเลี้ยวซ้ายหรือขวาได้ เช่น 90 องศาในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง และขึ้นและลงได้ไม่มากเท่ากับการหมุนในแนวนอน เช่น 30 องศาขึ้นและลง

ฉันใช้สเต็ปเปอร์ที่หมุนศีรษะในแนวนอน กระดาษแข็งชิ้นเล็กทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มแรงเสียดทานต่ำสำหรับกลไกเช่นมัสค์ (ใบหน้า) ภาพแรกแสดงกลไก สเต็ปเปอร์ขยายการหมุนในแนวนอนหลังจากการหมุนตาในแนวนอนถึงขีดจำกัดซ้ายบนหรือขวา นอกจากนี้ยังมีขีดจำกัดสำหรับการหมุนสเต็ปต่อไป

สำหรับการหมุนหัวขึ้นและลง ฉันใช้เซอร์โวดังที่เห็นในภาพที่สอง แขนของเซอร์โวทำหน้าที่เป็นด้านของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่ยืดหยุ่นได้ โดยที่ด้านขนานกับด้านนั้นทำหน้าที่เป็นฐานสำหรับสเต็ปเปอร์ ดังนั้นเมื่อเซอร์โวหมุนฐานของสเต็ปเปอร์จะหมุนเท่ากัน อีกสองด้านของสี่เหลี่ยมด้านขนานนั้นเป็นสายเคเบิลแข็งสองชิ้นที่มีทิศทางแนวตั้งและขนานกันในขณะที่เลื่อนขึ้นและลง

ขั้นตอนที่ 8: กลไกคอ แนวทางที่ 2

ในขั้นตอนนี้ คุณจะเห็นวิธีแก้ไขอื่นที่เป็นไปได้ในการหันศีรษะในแนวนอนและแนวตั้ง สเต็ปเปอร์หนึ่งขั้นทำให้การหมุนในแนวนอนและครั้งที่สองเป็นการหมุนแนวตั้ง ในการทำให้สิ่งนี้เกิดขึ้นควรติดสเต็ปเปอร์ตามที่เห็นในภาพ ที่ด้านบนของสเต็ปเปอร์ควรแก้ไขกลไกตาด้วยมัสค์

ข้อเสียของแนวทางนี้ ฉันสามารถชี้ให้ได้ว่าบันไดขั้นล่างถูกตรึงบนระนาบไม้แนวตั้ง หลังจากใช้งานบางอย่างอาจไม่เสถียร

ขั้นตอนที่ 9: การสร้างระบบเซ็นเซอร์ตำแหน่งแหล่งกำเนิดแสง

ในการค้นหาแหล่งกำเนิดแสงในสามมิติ คุณต้องมีเซ็นเซอร์วัดแสงอย่างน้อยสามตัว LDR สามตัวในกรณีนี้

สองคน (วางไว้ที่เส้นแนวนอนเดียวกันกับส่วนล่างของส่วนหัว) ควรจะสามารถบอกความแตกต่างของความหนาแน่นของพลังงานแสงในแนวนอน และอันที่สาม (วางไว้ที่ส่วนบนของศีรษะ) ควรแสดงให้เราเห็นเมื่อเปรียบเทียบกับ การวัดค่าเฉลี่ยของทั้งสองค่าที่ต่ำกว่าความแตกต่างของความหนาแน่นของพลังงานแสงในแนวตั้ง

ไฟล์ pdf ที่ประกอบมาด้วยจะแสดงให้คุณเห็นถึงวิธีการค้นหาความเอียงที่ดีที่สุดของหลอด (หลอด) ที่บรรจุ LDR เพื่อนำข้อมูลที่น่าเชื่อถือมากขึ้นสำหรับตำแหน่งนั้นไปยังแหล่งกำเนิดแสง

ด้วยรหัสที่กำหนด คุณสามารถทดสอบการตรวจวัดแสงด้วย LDR สามตัว LDR แต่ละตัวจะเปิดใช้งาน LED ที่สอดคล้องกันซึ่งจะติดสว่างเป็นเส้นตรงสัมพันธ์กับปริมาณพลังงานแสงที่เข้ามา

สำหรับผู้ที่ต้องการวิธีแก้ปัญหาที่ซับซ้อนกว่านี้ ฉันกำลังให้ภาพถ่ายของอุปกรณ์ทดลองซึ่งแสดงวิธีการหามุมเอียงที่ดีที่สุด (มุม φ) สำหรับหลอด LDR เพื่อให้มุมเดียวกัน θ ของแสงที่เข้ามา คุณจะได้ความแตกต่างสูงสุด การวัด LDR ฉันได้รวมแผนเพื่ออธิบายมุมต่างๆ ฉันคิดว่านี่ไม่ใช่สถานที่ที่เหมาะสมสำหรับข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เพิ่มเติม ด้วยเหตุนี้ฉันจึงใช้ความเอียง 30 องศา (แต่ดีกว่า 45 องศา)!

ขั้นตอนที่ 10: และเคล็ดลับบางประการสำหรับ … อิเล็กทรอนิกส์

การมีเซอร์โว 4 ตัวทำให้ไม่สามารถจ่ายพลังงานได้โดยตรงจาก Arduino ดังนั้นฉันจึงขับเคลื่อนพวกมันจากแหล่งจ่ายไฟภายนอก (ฉันใช้ทรานฟอร์มเมอร์เล็กน้อย) กับ 6V

สเต็ปเปอร์ขับเคลื่อนและควบคุมผ่าน Adafruit Motorshield V2

ตาแมวถูกควบคุมจาก Arduino uno pdf ที่แนบมามีข้อมูลเพียงพอสำหรับสิ่งนั้น ที่วงจร LDR ฉันใช้ตัวต้านทาน 1K

ขั้นตอนที่ 11: คำสองสามคำสำหรับรหัส

สถาปัตยกรรมโค้ดมีกลยุทธ์ที่รูทีน void loop มีเพียงไม่กี่บรรทัด และมีรูทีนสองสามอย่าง หนึ่งรายการสำหรับแต่ละงาน

ก่อนจะทำอะไรหัวหน้าก็เข้ารับตำแหน่งเดิมและรอ ตำแหน่งเริ่มต้นหมายถึงเปลือกตาปิด ดวงตามองตรงไปข้างหน้าใต้เปลือกตา และแกนตั้งของศีรษะตั้งฉากกับระนาบแนวนอนของฐานรองรับ

ขั้นแรกให้หุ่นยนต์ตื่นขึ้น ดังนั้นในขณะที่จัดแต่งทรงอยู่ จะได้รับการวัดแสงที่รอการเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันและจำนวนมาก (คุณสามารถตัดสินใจได้ว่าจะมากน้อยเพียงใด) เพื่อเริ่มเคลื่อนไหว

จากนั้นให้หันตาไปในทิศทางที่ถูกต้องก่อน และหากไม่สามารถไปถึงจุดที่สว่างที่สุดได้ ศีรษะก็จะเริ่มเคลื่อนไหว มีการจำกัดการหมุนทุกครั้งซึ่งมาจากข้อจำกัดทางกายภาพของกลไก ดังนั้น การก่อสร้างอื่นอาจมีข้อจำกัดอื่นๆ ขึ้นอยู่กับกลไกของโครงสร้าง (เรขาคณิต)

เคล็ดลับเพิ่มเติมเกี่ยวกับความเร็วปฏิกิริยาของหุ่นยนต์ ในวิดีโอ หุ่นยนต์ตั้งใจทำงานช้า คุณสามารถเพิ่มความเร็วได้อย่างง่ายดายโดยการปิดใช้งานการหน่วงเวลา (500); ซึ่งอยู่ใน void loop() ของโค้ด!

ขอให้โชคดีในการทำ!