Cabeça robótica direcionada à luz. De Materiais Reciclados e Reutilizados: 11 Etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Se alguém se pergunta se a robótica pode vir com um bolso vazio, talvez este instrutível possa dar uma resposta. Motores de passo reciclados de uma impressora antiga, bolas de pingue-pongue usadas, velas, balsa usada, arame de um cabide velho, arame esmaltado usado foram alguns dos materiais que usei para fazer esta cabeça robótica. Também usei quatro servo motores, um motor de blindagem adafruit e um arduino UNO. Todos estes foram reaproveitados de outros projetos, que foram destruídos! Todos os fabricantes sabem que isso é inevitável para economizar dinheiro.

Como não há robô sem interação com o ambiente, este tende a se virar e olhar para o ponto mais brilhante ao redor. Isso é feito com os sensores mais baratos de todos os tempos: as fotocélulas. Eles não são os mais confiáveis, mas são confiáveis o suficiente para fazer algo decente.

Etapa 1: Materiais Usados

1. Arduino UNO
2. Blindagem do motor Adafruit V2
3. servo SG90 X 3
4. um servo MG995 para girar o pescoço
5. motor de passo, usei um de 20 anos, não precisa ser um motor de alto torque
6. breadboard 400 e cabos jumper
7. três fotocélulas e três resistores 1K, 1 / 4W
8. Transformador DC 6V para alimentar os servos através da placa de ensaio
9. 3 bolas de pingue-pongue
10. placa de espuma
11. madeira balsa
12. fio rígido
13. tubo de plástico e cobre com diâmetro para que se encaixem, no comprimento de 20cm são mais que suficientes
14. Madeira 15X15cm como base
15. dois tubos de papelão de papel de cozinha
16. pequenas barras de ferro para contrapeso

Etapa 2: fazer os globos oculares

1. Você tem que cortar uma bola de pingue-pongue em duas semi-esferas
2. Acendendo uma vela sobre a bola cortada, você pode realmente encerá-la. Leva assim um aspecto oleoso. Não sou um artista, mas acho que parece mais natural assim.
3. Depois tem que fazer um disco de madeira de balsa com 1cm de espessura, que deve caber na bola cortada (hemisfério).
4. Por fim, perfure uma caixa (um orifício raso) para a lente do olho. Então você pode colocar lá, o que parece ser uma lente ocular.

Etapa 3: fazendo o mecanismo de movimento ocular

A ideia principal para projetar esse mecanismo é que o olho deve ser capaz de girar em torno de dois eixos ao mesmo tempo. Um vertical e outro horizontal. Esses eixos de rotação devem ser definidos de modo que interceptem o centro do globo ocular, caso contrário, o movimento não poderia parecer natural. Portanto, este centro mencionado é colocado no centro do disco de balsa que está colado no hemisfério do pingue-pongue.

O esforço feito, teve que gerenciar materiais triviais para que isso acontecesse. A série de fotos que se segue mostra o caminho.

Nas fotos você pode ver um tubo branco e um de metal, que se encaixam bem um no outro. O branco costumava ser o mastro de uma pequena bandeira e o metal é um tubo de cobre. Eu os escolhi porque eles se encaixam bem um no outro e têm apenas alguns mm de diâmetro. O tamanho real não é importante. Você pode usar qualquer outro que faça o trabalho!

Etapa 4: Testando os movimentos

Como não foi usado nenhum software de simulação, a única maneira de encontrar os limites dos movimentos que vieram dos servos é o teste físico real. Esta forma é mostrada nas fotos para cima e para baixo do giro dos olhos. Encontrar os limites é necessário, uma vez que a rotação dos servos também tem limites e expectativas para o movimento dos olhos, a fim de parecer o mais natural possível, define também limites.

Para definir um procedimento, relacionado às imagens apresentadas, poderia dizer:

1. conecte o olho com o servo com um fio
2. gire com a mão a alavanca servo de modo que o olho tome suas posições máximas (para frente e para trás)
3. verifique a posição do servo para que o olho possa tomar essas posições
4. faça (corte ou similar) o lugar para o servo assumir uma posição firme
5. depois de posicionar o servo com firmeza, verifique novamente se as melhores posições para o olho ainda são possíveis.

Etapa 5: confecção das pálpebras

1. Meça a distância entre os olhos reais.
2. Planeje dois semicírculos com um diâmetro igual ao dos olhos e desenhe-os em um foamboard com uma distância entre os centros medida na etapa 1.
3. Corte o que você desenhou.
4. Corte uma bola de pingue-pongue em quatro.
5. Cole cada pedaço cortado da bola de pingue-pongue em um dos dois semicírculos recém-cortados.
6. Corte pequenos pedaços de tubos como visto na última foto e cole-os para que fiquem alinhados. Veja a última foto para a peça final desejada

Etapa 6: Visão final dos mecanismos dos olhos e pálpebras

Existem algumas imprecisões óbvias, mas considerando o custo extremamente baixo e os materiais "macios" que usei, o resultado me parece satisfatório!

Na foto pode-se perceber que o servo que gira as pálpebras na verdade faz o movimento para uma direção e deixa o trabalho para a mola na outra!

Etapa 7: Fazendo o mecanismo do pescoço

A cabeça deve ser capaz de virar para a esquerda ou direita, digamos 90 graus em qualquer direção e também para cima e para baixo, não tanto quanto na rotação horizontal, digamos 30 graus para cima e para baixo.

Usei um stepper que gira a cabeça horizontalmente. Um pequeno pedaço de papelão serve como plataforma de baixa fricção para o mecanismo como o almíscar (face). A primeira foto mostra a mecânica. O stepper estende a rotação horizontal depois que a rotação horizontal do olho atinge seu limite superior esquerdo ou direito. Então, também há um limite para a rotação de steppers seguinte.

Para a rotação das cabeças para cima e para baixo, usei um servo como pode ser visto na segunda foto. O braço do servo atua como um lado do paralelogramo flexível, onde o lado paralelo ao mesmo, atua como uma base para o stepper. Então, quando o servo gira, a base do stepper gira igualmente. Os outros dois lados desse paralelogramo são dois pedaços de cabo rígido que têm direção vertical e permanecem paralelos um ao outro enquanto se movem para cima e para baixo.

Etapa 8: 2ª solução do mecanismo do pescoço

Nesta etapa, você pode ver outra solução possível para virar a cabeça horizontalmente e verticalmente. Um stepper faz a rotação horizontal e o segundo, vertical. Para que isso aconteça, os steppers devem ser colados conforme mostrado nas fotos. No topo do degrau superior deve ser fixado o mecanismo do olho com o almíscar.

Como uma desvantagem dessa abordagem, eu poderia apontar a maneira como o stepper inferior é fixado no plano vertical de madeira. Depois de algum uso, isso pode se tornar instável.

Etapa 9: Fazendo o Sistema de Sensores de Localização da Fonte de Luz

Para localizar uma fonte de luz em três dimensões, você precisa de pelo menos três sensores de luz. Três LDRs neste caso.

Dois deles (colocados na mesma linha horizontal da parte inferior da cabeça) devem ser capazes de dizer a diferença de densidade de energia da luz horizontalmente e o terceiro (colocado na parte superior da cabeça) deve nos mostrar em comparação com o medição média dos dois inferiores a diferença de densidade de energia luminosa verticalmente.

O arquivo pdf que acompanha você mostra a maneira de encontrar a melhor inclinação dos tubos (canudos) contendo os LDRs, a fim de levar as informações mais confiáveis para o local até a fonte de luz.

Com o código fornecido, você pode testar o sensor de luz com três LDRs. Cada LDR ativa um LED correspondente que acende linearmente em relação à quantidade de energia de luz recebida.

Para aqueles que desejam soluções mais sofisticadas, estou dando uma foto de um dispositivo experimental que mostra como encontrar a melhor inclinação (ângulo φ) para os tubos LDRs de modo que para o mesmo ângulo θ de luz incidente você obtenha a maior diferença em Medidas de LDRs. Incluí um plano para explicar os ângulos. Acho que este não é o lugar certo para mais informações científicas. Como resultado, comecei a usar uma inclinação de 30 graus (mas 45 é melhor)!

Etapa 10: E algumas dicas para … Eletrônicos

Ter 4 servos torna impossível alimentá-los diretamente do Arduino. Então eu os alimentei de uma fonte de alimentação externa (usei um transformador comum) com 6V.

O stepper foi alimentado e controlado por meio do Adafruit Motorshield V2.

As fotocélulas foram controladas a partir do Arduino uno. O pdf em anexo inclui informações mais do que suficientes para isso. No circuito LDR, usei resistores de 1K.

Etapa 11: Algumas palavras para o código

A arquitetura do código tem como estratégia que a rotina de loop void contenha apenas algumas linhas e existam algumas rotinas, uma para cada tarefa.

Antes de fazer qualquer coisa, a cabeça toma sua posição inicial e espera. Posição inicial significa pálpebras fechadas, olhos olhando diretamente para a frente sob as pálpebras e o eixo vertical da cabeça é perpendicular ao plano horizontal da base de suporte.

Primeiro, o robô deve acordar. Então, enquanto está parado, ele recebe medições de luz esperando por um aumento repentino e grande (você pode decidir quanto) para começar a se mover.

Em seguida, ele vira primeiro os olhos para a direção certa e, se eles não conseguirem alcançar o ponto mais brilhante, a cabeça começa a se mover. Existe um limite para cada rotação que vem dos limites físicos dos mecanismos. Portanto, outra construção pode ter outros limites dependendo da mecânica das construções (geometria).

Uma dica extra tem a ver com a velocidade de reação do robô. No vídeo, o robô é intencionalmente lento. Você pode acelerar isso facilmente desativando um atraso (500); que é colocado no loop void () do código!

Boa sorte em fazer!