Tête robotique dirigée vers la lumière. À partir de matériaux recyclés et réutilisés : 11 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Si quelqu'un se demande si la robotique peut venir avec une poche vide, peut-être que cette instructable peut donner une réponse. Des moteurs pas à pas recyclés provenant d'une ancienne imprimante, des balles de ping-pong usagées, des bougies, du balsa usagé, du fil d'un vieux cintre, du fil émaillé usagé étaient quelques-uns des matériaux que j'ai utilisés pour fabriquer cette tête robotique. J'ai également utilisé quatre servomoteurs, un bouclier de moteur adafruit et un arduino UNO. Tous ceux-ci ont été réutilisés à partir d'autres projets, qu'ils ont été saccagés ! Tous les fabricants savent que cela est inévitable pour économiser de l'argent.

Puisqu'il n'y a pas de robot sans interaction avec l'environnement, celui-ci a tendance à se tourner vers et regarder vers le point le plus lumineux autour. Celui-ci est composé des capteurs les moins chers de tous les temps: les photocellules. Ils ne sont pas les plus dignes de confiance mais sont suffisamment dignes de confiance pour faire quelque chose de décent.

Étape 1: Matériaux utilisés

1. Arduino UNO
2. Bouclier moteur Adafruit V2
3. servomoteur SG90 X 3
4. un servo MG995 pour tourner le cou
5. moteur pas à pas, j'en ai utilisé un de 20 ans, il n'a pas besoin d'être un moteur à couple élevé
6. planche à pain 400 et câbles de démarrage
7. trois photocellules et trois résistances 1K, 1/4W
8. Transformateur DC 6V pour alimenter les servos via la maquette
9. 3 balles de ping-pong
10. panneau de mousse
11. bois de balsa
12. fil dur
13. tube en plastique et cuivre d'un diamètre pouvant s'emboîter, 20 cm de longueur suffisent amplement
14. Bois 15X15cm comme socle
15. deux tubes en carton à partir de papier essuie-tout
16. petites barres de fer pour contrepoids

Étape 2: faire les globes oculaires

1. Vous devez couper une balle de ping-pong en deux demi-sphères
2. En allumant une bougie sur la boule coupée, vous pouvez la cirer. Il prend ainsi un aspect huileux. Je ne suis pas un artiste mais je pense que cela semble plus naturel de cette façon.
3. Ensuite, vous devez faire un disque à partir d'un bois de balsa de 1 cm d'épaisseur, qui doit tenir dans la boule coupée (hémisphère).
4. Enfin, percez un étui (un trou peu profond) pour la lentille oculaire. Ensuite, vous pouvez y mettre ce qui est censé ressembler à une lentille oculaire.

Étape 3: Faire le mécanisme de mouvement des yeux

L'idée principale pour concevoir ce mécanisme est que l'œil doit pouvoir tourner autour de deux axes en même temps. Une verticale et une horizontale. Ces axes de rotation doivent être réglés de manière à intercepter le centre du globe oculaire, sinon le mouvement ne pourrait pas sembler naturel. Donc ce centre mentionné est placé au centre du disque de balsa qui est collé dans l'hémisphère de ping pong.

L'effort fait, a dû gérer des matériaux triviaux pour que cela se produise. La série de photos qui suit montre la voie.

Sur les photos, vous pouvez voir un tube blanc et un tube en métal, qui s'emboîtent bien l'un dans l'autre. Le blanc était un poteau pour un petit drapeau et le métal est un tuyau en cuivre. Je les ai choisies car elles s'emboîtent bien les unes dans les autres et elles n'ont que quelques mm de diamètre. La taille réelle n'est pas importante. Vous pouvez utiliser n'importe quel autre qui peut faire le travail !

Étape 4: Tester les mouvements

Puisqu'aucun logiciel de simulation n'a été utilisé, le seul moyen de trouver les limites des mouvements provenant des servos est un test physique réel. Cette façon est montrée dans les images pour le tour des yeux de haut en bas. Trouver les limites est nécessaire car la rotation des servos a également des limites et des attentes pour le mouvement des yeux afin de paraître aussi naturel que possible définit également des limites.

Pour définir une procédure, en rapport avec les images présentées, je pourrais dire:

1. connecter l'œil avec le servo avec un fil
2. tourner avec la main le levier du servo pour que l'œil prenne ses positions les plus extrêmes (aller et retour)
3. vérifier la position du servo afin que l'oeil puisse prendre ces positions
4. faire (couper ou similaire) la place pour que le servo prenne une position ferme
5. après avoir positionné fermement le servo, vérifiez à nouveau si les positions les plus extrêmes pour l'œil sont encore possibles.

Étape 5: fabrication des paupières

1. Mesurez la distance entre les yeux réels.
2. Planifiez deux demi-cercles d'un diamètre égal aux yeux et dessinez-les sur un carton mousse avec une distance entre les centres telle que mesurée à l'étape 1.
3. Découpez ce que vous avez dessiné.
4. Coupez une balle de ping-pong en quatre.
5. Collez chaque morceau de balle de ping-pong découpé sur l'un des deux demi-cercles que vous venez de découper.
6. Coupez des petits morceaux de tubes comme sur la dernière photo et collez-les de manière à ce qu'ils s'alignent. Voir la dernière photo pour l'embout désiré

Étape 6: Vue finale des mécanismes des yeux et des paupières

Il y a quelques imprécisions évidentes mais vu le coût extrêmement bas et les matériaux "souples" que j'ai utilisés le résultat me semble satisfaisant !

Sur la photo on peut voir que le servo qui fait tourner les paupières fait en fait le mouvement dans un sens et laisse le travail à un ressort pour l'autre !

Étape 7: fabrication du mécanisme du cou

La tête doit pouvoir tourner à gauche ou à droite, disons 90 degrés dans les deux sens et aussi de haut en bas, pas autant que la rotation horizontale, disons 30 degrés de haut en bas.

J'ai utilisé un stepper qui fait tourner la tête horizontalement. Un petit morceau de carton sert de plate-forme à faible friction pour le mécanisme tel que le musc (visage). La première photo montre la mécanique. Le stepper étend la rotation horizontale une fois que la rotation horizontale de l'œil atteint sa limite supérieure gauche ou droite. Ensuite, il y a aussi une limite pour suivre la rotation des pas à pas.

Pour la rotation des têtes haut et bas, j'ai utilisé un servo comme on peut le voir sur la deuxième photo. Le bras du servo agit comme un côté du parallélogramme flexible, où le côté parallèle à celui-ci sert de base au moteur pas à pas. Ainsi, lorsque le servo tourne, la base du moteur pas à pas tourne également. Les deux autres côtés de ce parallélogramme sont deux morceaux de câble dur qui ont une direction verticale et restent parallèles l'un à l'autre tout en se déplaçant de haut en bas.

Étape 8: Mécanisme du cou 2ème solution

Dans cette étape, vous pouvez voir une autre solution possible pour tourner la tête horizontalement et verticalement. Un stepper fait la rotation horizontale et le second la verticale. Pour ce faire, les steppers doivent être collés comme on le voit sur les photos. Sur le dessus du stepper supérieur doit être fixé le mécanisme oculaire avec le musc.

Comme inconvénient de cette approche, je pourrais indiquer la façon dont le stepper inférieur est fixé sur un plan vertical en bois. Cela pourrait après une certaine utilisation devenir instable.

Étape 9: fabrication du système de capteurs d'emplacement de source lumineuse

Afin de localiser une source lumineuse en trois dimensions, vous avez besoin d'au moins trois capteurs de lumière. Trois LDR dans ce cas.

Deux d'entre eux (placés sur la même ligne horizontale à la partie inférieure de la tête) devraient être capables de dire la différence de densité d'énergie lumineuse horizontalement et le troisième (placé à la partie supérieure de la tête) devrait nous montrer par rapport à la mesure moyenne des deux inférieurs la différence de densité d'énergie lumineuse verticalement.

Le fichier pdf d'accompagnement vous montre comment trouver la meilleure inclinaison des tubes (pailles) contenant les LDR afin de prendre les informations les plus fiables pour l'emplacement de la source lumineuse.

Avec le code donné, vous pouvez tester la détection de la lumière avec trois LDR. Chaque LDR active une LED correspondante qui s'allume linéairement en fonction de la quantité d'énergie lumineuse entrante.

Pour ceux qui veulent des solutions plus sophistiquées, je donne une photo d'un appareil expérimental qui montre comment trouver la meilleure inclinaison (angle) pour les tubes LDR de sorte que pour le même angle θ de lumière entrante, vous obteniez la plus grande différence de Mesures LDR. J'ai inclus un plan pour expliquer les angles. Je pense que ce n'est pas le bon endroit pour plus d'informations scientifiques. En conséquence, j'en suis venu à utiliser une inclinaison de 30 degrés (45 c'est mieux quand même) !

Étape 10: Et quelques astuces pour… l'électronique

Avoir 4 servos rend impossible de les alimenter directement depuis l'arduino. Je les ai donc alimentés à partir d'une alimentation externe (j'ai utilisé un transformateur trivial) avec 6V.

Le stepper était alimenté et contrôlé par Adafruit Motorshield V2.

Les photocellules ont été contrôlées depuis l'arduino uno. Le pdf ci-joint contient plus qu'assez d'informations pour cela. Au circuit LDR, j'ai utilisé des résistances de 1K.

Étape 11: Quelques mots pour le code

L'architecture du code a pour stratégie que la routine de boucle void ne contient que quelques lignes et qu'il y a quelques routines, une pour chaque tâche.

Avant de faire quoi que ce soit, la tête prend sa position initiale et attend. La position initiale signifie les paupières fermées, les yeux regardant droit devant sous les paupières et l'axe vertical de la tête est perpendiculaire à un plan horizontal de la base d'appui.

Le robot doit d'abord se réveiller. Ainsi, tout en restant immobile, il reçoit des mesures de lumière en attente d'une augmentation soudaine et importante (vous pouvez décider de combien) afin de commencer à bouger.

Ensuite, il tourne d'abord les yeux dans la bonne direction et s'ils ne peuvent pas atteindre le point le plus lumineux, la tête commence à bouger. Il y a une limite à chaque rotation qui vient des limites physiques des mécanismes. Ainsi une autre construction peut avoir d'autres limites selon la mécanique des constructions (géométrie).

Une astuce supplémentaire concerne la vitesse de réaction du robot. Dans la vidéo, le robot est intentionnellement lent. Vous pouvez accélérer cela facilement en désactivant un délai (500); qui est placé dans la boucle vide() du code !

Bonne chance pour la fabrication !