Conceptos básicos de animatronics: el servomotor: 8 pasos

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

Ya sea una alegre exhibición navideña en el escaparate de una tienda departamental o una broma aterradora de Halloween, nada atrae la atención como una marioneta animada.

Estas animaciones controladas electrónicamente a veces se llaman "animatronics" y este instructivo le enseñará cómo hacer el tipo más básico, uno controlado por un solo servomotor.

Usaremos el microcontrolador Arduino como cerebro, y veremos cómo funcionan un potenciómetro y un servo en su interior, también te enseñaremos a construir tres métodos de control diferentes:

1 - Movimiento de repetición continua

2 - Movimiento por control remoto

3 - Movimiento disparado (usando un sensor de luz)

Paso 1: Lista de piezas

Necesitará un microcontrolador (que se muestra en la primera imagen es el Arduino de https://adafru.it junto con su kit de piezas de presupuesto por un total de $ 30) y un servomotor (en la segunda imagen se muestra una versión de torre pequeña junto con algunas partes del conector, de la misma tienda a $ 12). También necesitará un condensador pequeño o una fuente de voltaje más potente si está operando varios servomotores (un cargador de pared de 9V para Arduino funcionará)

Un microcontrolador es una computadora PC completa en un solo chip. Obviamente, no es tan potente como la computadora de su hogar, tiene muy poca RAM, no tiene unidad de disco, ni teclado ni mouse, pero es realmente excelente para controlar las cosas (de ahí el nombre). Encontrará uno de estos chips dentro de muchos artículos cotidianos, como lavadoras y computadoras con inyectores de combustible para automóviles.

La marca de microcontroladores "Arduino" también agrega algún otro circuito que lo conecta al mundo exterior y lo coloca en una placa conveniente.

Observe que en el "kit de piezas económicas" hay algunos cables, resistencias, luces LED y un par de botones azules, llamados potenciómetros. Más sobre potenciómetros en el siguiente paso.

Finalmente, necesitará un servomotor, y viene con algunos conectores atornillables para conectarlo a su marioneta en movimiento. Usaremos el conector en forma de X en esta lección.

Paso 2: Revisión del potenciómetro

Un potenciómetro es esencialmente una perilla de atenuación, o en terminología electrónica, un par de resistencias variables. Al girar la perilla, hace que una resistencia sea más grande y la otra más pequeña.

La mayoría de las veces usamos un potenciómetro (a veces llamado "potenciómetro") para controlar un voltaje usando el diagrama de circuito que se muestra arriba.

La imagen de la izquierda muestra la olla real, con los cables superior e inferior conectados al voltaje +5 y tierra, y el cable del medio emitiendo el voltaje deseado. El diagrama del medio muestra el símbolo de una olla y el último diagrama muestra el circuito equivalente.

Las imágenes son cortesía de Wikimedia.org

Paso 3: Revisión del servomotor

Un servomotor tiene cuatro partes principales.

1. Un motor que puede girar hacia adelante y hacia atrás, generalmente a alta velocidad y par.

2. Un sistema de detección de posición, que puede indicar en qué ángulo se encuentra actualmente el servomotor

3. Un sistema de engranajes que puede tomar muchas vueltas de un motor y convertirlo en un pequeño movimiento angular.

4. Un circuito de control que puede corregir el error entre el ángulo real y el ángulo del punto de ajuste deseado.

Las partes 1 y 2 se muestran en la primera imagen. Note que la parte 2 es un potenciómetro.

La parte 3 se muestra en la segunda imagen.

La parte 4 se muestra en la tercera imagen.

Paso 4: movimiento repetitivo

Aquí vamos a hacer que la cabeza de nuestro títere "Bender" gire a la izquierda y a la derecha, de un lado a otro, siempre que la alimentación esté conectada desde el cable USB. Esto es ideal para una exhibición festiva divertida que desea mantener en movimiento durante todo el día.

El Arduino viene con un entorno de desarrollo integrado (IDE), que es una forma elegante de decir que viene con una aplicación para su PC que le permite darle instrucciones (el icono del IDE de Arduino es una figura 8 lateral). Esas instrucciones permanecen almacenadas en la placa incluso si desconecta la PC, y comienzan a ejecutarse nuevamente cuando vuelve a conectar la energía a su Arduino. En este caso, usaremos el software llamado "Sweep" que puede encontrar en los ejemplos de IDE en la categoría de "Servo".

A continuación, conectará el servo a un condensador estabilizado de 5 voltios (cable servo rojo al Arduino +5, cable servo marrón a Arduino GND) y a la señal de control (cable servo amarillo al pin 9 de salida de Arduino). La cabeza de la marioneta es opcional;-)

DETALLES:

Si lo anterior fue un poco confuso, las instrucciones detalladas son las siguientes:

Paso A - Programación del Arduino

• Abra el IDE de Arduino (debería ser un icono en forma de 8 en su escritorio)
• En "Herramientas", asegúrese de que la "Placa" esté configurada en "Arduino / Genuino Uno".
• Conecte el hardware Arduino a la computadora usando el cable USB
• Asegúrese de que la configuración de "Puerto" en "Herramientas" también esté configurada para Arduino.
• En "Archivos", seleccione el "Ejemplo" llamado "Barrido" (puede encontrarlo en "Servos")
• Antes de utilizar o editar este archivo, "Guardar como" con un nombre de archivo diferente (puede ser su nombre o el que elija). Esto mantendrá el archivo sin cambios para el próximo estudiante que use esta computadora.
• Utilice el botón de flecha (o debajo de "Sketch" seleccione "Cargar") para cargar el boceto de barrido en el Arduino

Paso B: conexión del servomotor al barrido

En esta parte, estaremos construyendo variaciones de los circuitos descritos en https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso… Conectaremos los cables Rojo y Marrón del Servo a +5 y GND del Ardiuno, respectivamente. También colocaremos un condensador de aplanamiento de voltaje a través de ese voltaje, y finalmente conectaremos el cable amarillo del servo al pin de salida 9 del Arduino.

• Desenchufe el Arduino del puerto USB cuando esté construyendo el circuito.
• Usaremos 5V y Ground de la placa Arduino, así que llévalos a tu protoboard usando los cables rojo y verde, respectivamente.
• Dado que la energía puede ser un poco inestable desde el puerto USB (no hay mucha corriente, y el servomotor puede hacer que la placa Arduino se reinicie debido a la baja corriente) colocaremos un capacitor a través de este voltaje, asegurándonos de que el cable etiquetado como “menos - “Está en el lado del suelo.
• Ahora conecte los cables rojo (+5) y marrón (tierra) del Servo a la placa de pruebas.
• La conexión eléctrica final es la de la señal de control. El programa SWEEP usará el pin # 9 del Arduino para enviar la señal de control, así que conéctelo al cable amarillo (control) del Servo Motor.
• OPCIONAL: puede colocar un cabezal animatrónico de su elección y su base en la parte superior del servomotor antes de probarlo. Tenga cuidado, ya que el ajuste no es perfecto y las piezas de plástico se rompen.
• Debería poder aplicar energía USB al Arduino y el programa SWEEP debería ejecutarse, haciendo que el servomotor se mueva hacia adelante y hacia atrás.

Paso C - Modificación del programa SWEEP

• Antes de utilizar o editar este archivo, "Guardar como" con un nombre de archivo diferente (puede ser su nombre o el que elija). Probablemente ya hizo esto en el paso A. Para cada una de las partes a continuación, registre sus observaciones, así como cualquier cambio que haya realizado en el código.
• Con un cronómetro, mida cuánto tiempo se tarda en recorrer todo el recorrido y retroceder _
• Realizará cambios en el software (a veces llamados "código" o "boceto")
• Cambie ambos valores de "Retraso" de 15 a otro número mayor (elija un múltiplo redondo de 15 para facilitar los cálculos). ¿Qué valor usaste? _. ¿Cuál crees que será la nueva hora de BARRIDO? _. Mida el nuevo tiempo de BARRIDO y anote cualquier discrepancia _.
• Cambie los retrasos de nuevo a 15, y ahora cambie los ángulos de posición de 180 a simplemente 90 (ambos valores). ¿Cuál es el nuevo rango de movimiento del servomotor (90 grados, o más o menos?) _.
• Dejando el rango de movimiento a 90 grados, baje el “Retraso” a un número menor de 15. ¿Qué número puede alcanzar antes de que el servo comience a comportarse de manera errática o ya no complete todo el rango de movimiento? _

Después de completar estos pasos, tendrá todas las medidas y la práctica que necesita para estar listo para usar su servomotor para controlar una variedad de movimientos animatrónicos repetitivos hacia adelante y hacia atrás, desde un ángulo pequeño hasta 180 grados, y también a una amplia variedad de velocidades que controlas.

Paso 5: movimiento controlado a distancia

En lugar de repetir el mismo movimiento una y otra vez durante todo el día, en este paso controlaremos a distancia la posición de nuestra marioneta animatrónica "C3PO" para mirar a izquierda y derecha y cualquier posición intermedia. Dado que un humano está controlando, lo llamamos control de "bucle abierto".

Con el control de bucle abierto, usted controla la posición exacta del servomotor. Necesitaremos una perilla para que gire, y usaremos el potenciómetro azul para esto.

• Necesitaremos otro lugar en la placa que tenga +5 y 0 voltios (tierra). Ejecute estos cables de puente para separar filas en la placa de pruebas, y hágalos una fila aparte entre sí, para alinearlos con los pines exteriores del potenciómetro que agregaremos en un momento.
• Ahora agregue el potenciómetro. Antes de empujar los pines del potenciómetro en la placa de prueba, asegúrese de que los tres estén alineados con los orificios correctos y luego empuje los pines hacia abajo para que no se doblen. El pin central del potenciómetro se conectará a la entrada analógica cero (A0) en el Arduino. Se agrega un cable adicional para hacer eso.
• Para leer el voltaje del potenciómetro, y usarlo para controlar el servomotor, usaremos el software “KNOB”, que también se encuentra en Archivo -> Ejemplos -> Servo. Ejecute el programa, gire la perilla y registre lo que observe.

Naturalmente, podría colocar algunos cables muy largos para que la perilla de control esté en una habitación diferente de la marioneta animatrónica, o podría estar a poca distancia (fuera de la toma de la cámara si está haciendo una película, por ejemplo).

Paso 6: movimiento activado (usando un sensor)

A veces quieres que tu títere se mueva de repente, especialmente para hacer bromas aterradoras de Halloween o para atraer aún más la atención. En este paso, reconfiguraremos nuestra marioneta "Cabeza de Isla de Pascua" para girar rápidamente y enfrentar a quien pase y proyecte una sombra sobre un sensor de luz.

En el caso del Control de Sensor del Servomotor, usaremos un sensor de luz que controlará la posición exacta del servomotor. Cuanto más oscura sea la sombra proyectada sobre el sensor (y presumiblemente cuanto más cerca se acerque la persona al títere), más rápido y más lejos girará la cabeza el títere.

• Retiraremos el potenciómetro y lo reemplazaremos por el circuito equivalente de dos resistencias. En este caso, una de las dos resistencias (R2) será un sensor de luz.
• Para darnos algo de espacio, distribuimos los lumpers de + 5V (izquierda) y 0V de tierra (derecha) para que podamos agregar la resistencia de 10K Ohm y el sensor de luz, conectados en el centro en la misma fila que el cable de puente que conduce a la entrada analógica. cero (A0) en la placa Arduino.
• Use la sombra de su mano para oscurecer el sensor de luz y use otras formas de hacer que el sensor de luz obtenga la mayor cantidad y la menor cantidad de luz posible. ¿Puede obtener el rango de movimiento completo de 180 grados?

Al igual que en la versión de control remoto, puede colocar la fotorresistencia a una buena distancia de su marioneta animatrónica, y puede cambiar los valores de la resistencia, o la programación del software para cambiar las reacciones de la marioneta.

Paso 7: ¡Pruébelo ahora

Ahora que domina los tres tipos básicos de movimiento animatrónico que puede crear con un solo servomotor.

- Movimiento repetitivo

- Movimiento por control remoto

- Movimiento activado mediante sensores

Puede llevar esto al siguiente nivel utilizando diferentes tipos de marionetas, movimientos, controles y, naturalmente, ¡el arte que solo usted puede crear!