Cabeza robótica dirigida a la luz. A partir de materiales reciclados y reutilizados: 11 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Si alguien se pregunta si la robótica puede venir con un bolsillo vacío, tal vez este instructable pueda dar una respuesta. Motores paso a paso reciclados de una impresora vieja, pelotas de ping pong usadas, velas, balsa usada, alambre de una percha vieja, alambre esmaltado usado fueron algunos de los materiales que he usado para hacer esta cabeza robótica. También he usado cuatro servomotores, un protector de motor adafruit y un arduino UNO. ¡Todos estos fueron reutilizados de otros proyectos, que fueron salvajemente atacados! Todos los fabricantes saben que esto es inevitable para ahorrar dinero.

Dado que no hay ningún robot sin interacción con el entorno, este tiende a girar y mirar hacia el punto más brillante alrededor. Está hecho de los sensores más baratos de todos los tiempos: las fotocélulas. No son los más confiables, pero son lo suficientemente confiables como para hacer algo decente.

Paso 1: Materiales utilizados

1. Arduino UNO
2. Escudo motor Adafruit V2
3. servo SG90 X 3
4. un servo MG995 para girar el cuello
5. motor paso a paso, he usado uno de 20 años, no necesita ser un motor de alto par
6. protoboard 400 y cables de puente
7. tres fotocélulas y tres resistencias de 1K, 1 / 4W
8. Transformador de CC de 6 V para alimentar los servos a través de la placa de pruebas
9. 3 pelotas de ping pong
10. tablero de espuma
11. balsa
12. alambre duro
13. tubo de plástico y cobre con diámetro para que quepan entre sí, 20 cm de longitud son más que suficientes
14. Madera de 15X15cm como base
15. dos tubos de cartón de papel de cocina
16. barras de hierro pequeñas para contrapeso

Paso 2: Hacer los globos oculares

1. Tienes que cortar una pelota de ping pong en dos semiesferas
2. Si enciendes una vela sobre la bola cortada, puedes encerarla. Toma así un aspecto aceitoso. No soy un artista, pero creo que se ve más natural de esta manera.
3. Luego hay que hacer un disco de madera de balsa de 1 cm de grosor, que debe encajar en la bola cortada (semiesfera).
4. Por último, taladre un estuche (un orificio poco profundo) para la lente del ojo. Luego puede poner allí lo que se supone que debe parecerse a una lente ocular.

Paso 3: creación del mecanismo de movimiento ocular

La idea principal para diseñar este mecanismo es que el ojo debe poder girar alrededor de dos ejes al mismo tiempo. Uno vertical y otro horizontal. Estos ejes de rotación deben establecerse de manera que se intercepten en el centro del globo ocular, de lo contrario, el movimiento no podría parecer natural. Entonces, este centro mencionado se coloca en el centro del disco de balsa que está pegado en el hemisferio de ping pong.

El esfuerzo realizado, tuvo que gestionar materiales triviales para que esto sucediera. La serie de fotos que sigue muestran el camino.

En las imágenes se puede ver un tubo blanco y otro metálico, que encajan bien uno en el otro. El blanco solía ser un asta de una pequeña bandera y el metal es un tubo de cobre. Los elegí porque encajan bien entre sí y solo tienen unos pocos mm de diámetro. El tamaño real no es importante. ¡Podrías usar cualquier otro que pueda hacer el trabajo!

Paso 4: Probar los movimientos

Dado que no se utilizó ningún software de simulación, la única forma de encontrar los límites de los movimientos que provenían de los servos es mediante pruebas físicas reales. De esta manera se muestra en las imágenes para el giro de los ojos hacia arriba y hacia abajo. Encontrar los límites es necesario ya que la rotación de los servos también tiene límites y expectativas para el movimiento de los ojos para que luzca lo más natural posible también establece límites.

Para definir un procedimiento, relacionado con las imágenes mostradas, podría decir:

1. conecta el ojo con el servo con un cable
2. Gire con la mano la palanca del servo para que el ojo tome sus posiciones máximas (adelante y atrás)
3. comprobar la posición del servo para que el ojo pueda tomar estas posiciones
4. hacer (corte o similar) el lugar para que el servo tome una posición firme
5. después de colocar el servo firmemente, compruebe de nuevo si las posiciones máximas para el ojo aún son posibles.

Paso 5: Hacer los párpados

1. Mide la distancia entre los ojos reales.
2. Planee dos semicírculos con un diámetro igual al de los ojos y dibuje en un cartón pluma con una distancia entre los centros medida en el paso 1.
3. Recorta lo que dibujaste.
4. Corta una pelota de ping pong en cuatro.
5. Pegue cada pieza cortada de pelota de ping pong a uno de los dos semicírculos recién cortados.
6. Corta pequeños trozos de tubos como se ve en la última foto y pégalos para que queden alineados. Vea la última foto para la pieza final deseada

Paso 6: Vista final de los mecanismos de ojos y párpados

Hay algunas inexactitudes obvias, pero considerando el costo extremadamente bajo y los materiales "blandos" que he usado, ¡el resultado me parece satisfactorio!

En la foto se puede ver que el servo que gira los párpados en realidad hace el movimiento en una dirección y deja el trabajo a un resorte para la otra.

Paso 7: hacer el mecanismo del cuello

La cabeza debe poder girar hacia la izquierda o hacia la derecha, digamos 90 grados en cualquier dirección y también hacia arriba y hacia abajo, no tanto como la rotación horizontal, digamos 30 grados hacia arriba y hacia abajo.

He usado un paso a paso que gira la cabeza horizontalmente. Un pequeño trozo de cartón sirve como plataforma de baja fricción para el mecanismo como el almizcle (cara). La primera imagen muestra la mecánica. El paso a paso extiende la rotación horizontal después de que la rotación horizontal del ojo alcanza su límite superior izquierdo o derecho. Entonces también hay un límite para seguir la rotación de los steppers.

Para la rotación de cabezales hacia arriba y hacia abajo he usado un servo como se puede ver en la segunda imagen. El brazo del servo actúa como un lado de un paralelogramo flexible, donde el lado paralelo a ese actúa como base para el paso a paso. Entonces, cuando el servo gira, la base del paso a paso gira igualmente. Los otros dos lados de ese paralelogramo son dos piezas de cable duro que tienen dirección vertical y permanecen paralelas entre sí mientras se mueven hacia arriba y hacia abajo.

Paso 8: segunda solución del mecanismo del cuello

En este paso puedes ver otra posible solución para girar la cabeza horizontal y verticalmente. Un paso a paso hace la rotación horizontal y el segundo la vertical. Para que esto suceda, los steppers deben estar pegados como se ve en las imágenes. En la parte superior del paso a paso superior debe fijarse el mecanismo del ojo con el almizcle.

Como desventaja de este enfoque, podría señalar la forma en que el paso a paso inferior se fija en un plano vertical de madera. Esto podría volverse inestable después de algún uso.

Paso 9: Creación del sistema de sensores de ubicación de la fuente de luz

Para ubicar una fuente de luz en tres dimensiones, necesita al menos tres sensores de luz. Tres LDR en este caso.

Dos de ellos (colocados en la misma línea horizontal a la parte inferior de la cabeza) deberían poder decir la diferencia de densidad de energía luminosa horizontalmente y el tercero (colocado en la parte superior de la cabeza) debería mostrarnos en comparación con el medida media de los dos inferiores la diferencia de densidad de energía luminosa verticalmente.

El archivo pdf adjunto le muestra la manera de encontrar la mejor inclinación de los tubos (pajitas) que contienen los LDR para llevar la información más confiable para la ubicación a la fuente de luz.

Con el código dado, puede probar la detección de luz con tres LDR. Cada LDR activa un LED correspondiente que se enciende linealmente en relación con la cantidad de energía luminosa entrante.

Para aquellos que quieran soluciones más sofisticadas, les doy una foto de un dispositivo experimental que muestra cómo encontrar la mejor inclinación (ángulo φ) para los tubos LDR de modo que para el mismo ángulo θ de luz entrante se obtenga la mayor diferencia en Medidas de LDR. He incluido un plan para explicar los ángulos. Creo que este no es el lugar adecuado para obtener más información científica. Como resultado, he llegado a usar una inclinación de 30 grados (¡sin embargo, 45 es mejor)!

Paso 10: Y algunos consejos para… ¡Electrónica

Tener 4 servos hace imposible alimentarlos directamente desde arduino. Así que los alimenté desde una fuente de alimentación externa (usé un transformador trivial) con 6V.

El motor paso a paso fue impulsado y controlado a través de Adafruit Motorshield V2.

Las fotocélulas se controlaron desde arduino uno. El pdf adjunto incluye información más que suficiente para ello. En el circuito LDR he usado resistencias de 1K.

Paso 11: Algunas palabras para el código

La arquitectura de código tiene como estrategia que la rutina del bucle vacío contiene solo unas pocas líneas y hay algunas rutinas, una para cada tarea.

Antes de hacer nada, la cabeza toma su posición inicial y espera. La posición inicial significa párpados cerrados, ojos mirando al frente debajo de los párpados y el eje vertical de la cabeza es perpendicular a un plano horizontal de la base de apoyo.

Primero, el robot debería despertarse. Entonces, mientras está quieto, recibe mediciones de luz esperando un aumento repentino y grande (puede decidir cuánto) para comenzar a moverse.

Luego, primero gira los ojos en la dirección correcta y si no pueden alcanzar el punto más brillante, la cabeza comienza a moverse. Hay un límite para cada rotación que proviene de los límites físicos de los mecanismos. Entonces, otra construcción puede tener otros límites dependiendo de la mecánica de las construcciones (geometría).

Un consejo extra tiene que ver con la velocidad de reacción del robot. En el video, el robot es intencionalmente lento. Puede acelerar esto fácilmente desactivando un retraso (500); que se coloca en el bucle vacío () del código.

¡Buena suerte haciendo!