Animatronics Basics - le servomoteur : 8 étapes

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

Qu'il s'agisse d'une joyeuse exposition de vacances dans la vitrine d'un grand magasin ou d'une farce effrayante d'Halloween, rien n'attire l'attention comme une marionnette animée.

Ces animations contrôlées électroniquement sont parfois appelées « animatronics » et cette instructable vous apprendra comment faire le type le plus basique, celui contrôlé par un seul servomoteur.

Nous utiliserons le microcontrôleur Arduino comme cerveau, et nous verrons comment fonctionnent un potentiomètre et un servo à l'intérieur, vous apprendrons également à construire trois méthodes de contrôle différentes:

1 - Mouvement à répétition continue

2 - Mouvement télécommandé

3 - Mouvement déclenché (à l'aide d'un capteur de lumière)

Étape 1: Liste des pièces

Vous aurez besoin d'un microcontrôleur (montré dans la première image est l'Arduino de https://adafru.it avec leur kit de pièces budgétaires pour un total de 30 $) et d'un servomoteur (une petite version tour est montrée dans la deuxième image avec quelques pièces de connecteur, du même magasin à 12 $. Vous aurez également besoin d'un petit condensateur ou d'une source de tension plus puissante si vous utilisez plusieurs servomoteurs (un chargeur mural 9V pour Arduino fonctionnera)

Un microcontrôleur est un ordinateur PC entier sur une seule puce. Évidemment pas aussi puissant que votre ordinateur à la maison, il a très peu de RAM, pas de lecteur de disque, pas de clavier ou de souris, mais il est vraiment très bien pour contrôler les choses (d'où son nom). Vous trouverez l'une de ces puces à l'intérieur de nombreux articles de tous les jours tels que les machines à laver et les ordinateurs à injecteur de carburant automatique.

La marque de microcontrôleurs "Arduino" ajoute également d'autres circuits qui la connectent au monde extérieur et la placent sur une carte pratique.

Notez que dans le "kit de pièces budgétaires", il y a quelques fils, des résistances, des lumières LED et une paire de boutons bleus, appelés potentiomètres. Plus d'informations sur les potentiomètres à l'étape suivante.

Enfin, vous aurez besoin d'un servomoteur, et il est livré avec des connecteurs à visser pour le fixer à votre marionnette en mouvement. Nous utiliserons le connecteur en forme de X dans cette leçon.

Étape 2: Examen du potentiomètre

Un potentiomètre est essentiellement un bouton de gradation - ou dans la terminologie électronique - une paire de résistances variables. En tournant le bouton, vous agrandissez une résistance et l'autre plus petite.

La plupart du temps, nous utilisons un potentiomètre (parfois appelé "pot") pour contrôler une tension à l'aide du schéma de circuit illustré ci-dessus.

L'image la plus à gauche montre le pot réel, avec les fils supérieur et inférieur connectés à la tension +5 et à la terre, et le fil du milieu produisant la tension souhaitée. Le diagramme du milieu montre le symbole d'un pot, et le dernier diagramme montre le circuit équivalent.

Les images sont une gracieuseté de Wikimedia.org

Étape 3: Examen du servomoteur

Un servomoteur comporte quatre parties principales.

1. Un moteur qui peut tourner en avant et en arrière, généralement à une vitesse et un couple élevés.

2. Un système de détection de position, qui peut indiquer à quel angle se trouve actuellement le servomoteur

3. Un système d'engrenage qui peut prendre plusieurs tours d'un moteur et en faire un petit mouvement angulaire.

4. Un circuit de contrôle qui peut corriger l'erreur entre l'angle réel et l'angle de consigne souhaité.

Les parties 1 et 2 sont montrées dans la première image. Notez que la partie 2 est un potentiomètre.

La partie 3 est montrée dans la deuxième image.

La partie 4 est montrée dans la troisième image.

Étape 4: Mouvement répétitif

Ici, nous allons faire tourner la tête de notre marionnette "Bender" à gauche et à droite, d'avant en arrière, tant que l'alimentation est connectée à partir du câble USB. C'est idéal pour un présentoir de vacances amusant que vous voulez continuer à bouger toute la journée.

L'Arduino est livré avec un environnement de développement intégré (IDE), ce qui est une façon élégante de dire qu'il est livré avec une application pour votre PC qui vous permet de lui donner des instructions (l'icône Arduino IDE est un chiffre 8 de côté). Ces instructions restent stockées sur la carte même si vous déconnectez le PC, et elles recommencent à fonctionner lorsque vous reconnectez l'alimentation à votre Arduino. Dans ce cas, nous utiliserons le logiciel appelé "Sweep" que vous pouvez trouver dans les exemples IDE sous la catégorie "Servo".

Ensuite, vous connecterez le servo à un condensateur stabilisé 5 volts (fil Servo rouge à l'Arduino +5, fil Servo marron à Arduino GND) et au signal de commande (fil jaune Servo à la broche de sortie Arduino 9). La tête de marionnette est facultative;-)

DES DÉTAILS:

Si ce qui précède était un peu déroutant, les instructions détaillées sont les suivantes:

Étape A - Programmation de l'Arduino

• Ouvrez l'IDE Arduino (devrait être une icône en forme de 8 sur votre bureau)
• Sous "Outils", assurez-vous que la "Carte" est définie sur "Arduino/Genuino Uno".
• Connectez le matériel Arduino à l'ordinateur à l'aide du câble USB
• Assurez-vous que le paramètre "Port" sous "Outils" est également configuré pour l'Arduino.
• Sous "Fichiers", sélectionnez l'"Exemple" appelé "Sweep" (vous pouvez le trouver sous "Servos")
• Avant d'utiliser ou de modifier ce fichier, veuillez "Enregistrer sous" un nom de fichier différent (peut être votre nom, ou celui que vous choisissez). Cela gardera le fichier inchangé pour le prochain étudiant utilisant cet ordinateur.
• Utilisez le bouton fléché (ou sous « Sketch » sélectionnez « Télécharger ») pour télécharger le croquis de balayage sur l'Arduino

Étape B - Connexion du servomoteur au balayage

Dans cette partie, nous allons construire des variantes des circuits décrits dans https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso… Nous allons connecter les fils Rouge et Marron du Servo à +5 et GND de l'Ardiuno, respectivement. Nous mettrons également un condensateur d'aplatissement de tension à travers cette tension, et enfin nous connecterons le fil jaune du servo à la broche de sortie 9 de l'Arduino.

• Débranchez l'Arduino du port USB lorsque vous construisez le circuit.
• Nous utiliserons le 5V et la masse de la carte Arduino, alors apportez-les à votre planche à pain en utilisant les fils rouge et vert, respectivement.
• Étant donné que l'alimentation peut être un peu fragile à partir du port USB (pas beaucoup de courant, et le servomoteur peut provoquer la réinitialisation de la carte Arduino en raison d'un faible courant), nous mettrons un condensateur sur cette tension, en veillant à ce que le fil étiqueté "moins - " est sur le côté Terre.
• Connectez maintenant les câbles rouge (+5) et marron (terre) du servo à la planche à pain.
• La connexion électrique finale est celle du signal de commande. Le programme SWEEP utilisera la broche n ° 9 de l'Arduino pour envoyer le signal de contrôle, connectez-le donc au fil jaune (de contrôle) du servomoteur.
• FACULTATIF - Vous pouvez placer une tête animatronique de votre choix et sa base sur le servomoteur avant de le tester. Soyez doux car l'ajustement n'est pas parfait et les pièces en plastique se cassent.
• Vous devriez pouvoir appliquer l'alimentation USB à l'Arduino et le programme SWEEP devrait s'exécuter, provoquant le balayage du servomoteur d'avant en arrière.

Étape C - Modification du programme SWEEP

• Avant d'utiliser ou de modifier ce fichier, veuillez "Enregistrer sous" un nom de fichier différent (peut être votre nom, ou celui que vous choisissez). Vous l'avez probablement déjà fait à l'étape A. Pour chacune des parties ci-dessous, notez vos observations ainsi que toutes les modifications que vous avez apportées au code.
• À l'aide d'un chronomètre, mesurez le temps qu'il faut pour balayer tout le chemin et le retour _
• Vous apporterez des modifications au logiciel (parfois appelé « code » ou « esquisse »)
• Modifiez les deux valeurs de « Retard » de 15 à un autre nombre plus grand (choisissez un multiple rond de 15 pour faciliter les calculs). Quelle valeur as-tu utilisé ? _. À votre avis, quelle sera la nouvelle heure de SWEEP ? _. Mesurez le nouveau temps SWEEP et notez tout écart _.
• Remettez les délais à 15, et modifiez maintenant les angles de position de 180 à simplement 90 (ces deux valeurs). Quelle est la nouvelle plage de mouvement du servomoteur (90 degrés, ou plus ou moins ?) _.
• En laissant l'amplitude de mouvement à 90 degrés, réduisez le « Retard » à un nombre inférieur à 15. Jusqu'à quel nombre pouvez-vous aller avant que le servo ne commence à se comporter de manière erratique ou ne complète plus toute l'amplitude de mouvement ? _

Après avoir terminé ces étapes, vous aurez toutes les mesures et la pratique dont vous avez besoin pour être prêt à utiliser votre servomoteur pour contrôler une variété de mouvements animatroniques répétitifs d'avant en arrière, d'un petit angle à 180 degrés, et aussi à une grande variété de vitesses que vous contrôlez.

Étape 5: Mouvement télécommandé

Au lieu de répéter le même mouvement encore et encore toute la journée, dans cette étape, nous contrôlerons à distance la position de notre marionnette animatronique "C3PO" pour regarder à gauche et à droite et n'importe quelle position entre les deux. Puisqu'un humain effectue le contrôle, nous appelons ce contrôle "en boucle ouverte".

Avec le contrôle en boucle ouverte, vous contrôlez la position exacte du servomoteur. Nous aurons besoin d'un bouton pour que vous tourniez, et nous utiliserons le potentiomètre bleu pour cela.

• Nous aurons besoin d'un autre endroit sur la planche à pain qui a +5 et 0 (terre) volts. Exécutez ces câbles de démarrage pour séparer les rangées de la planche à pain et séparez-les les unes des autres, pour les aligner avec les broches extérieures du potentiomètre que nous ajouterons dans un instant.
• Ajoutez maintenant le potentiomètre. Avant de pousser les broches du potentiomètre dans la planche à pain, assurez-vous que les trois sont alignées avec les bons trous, puis poussez les broches vers le bas pour qu'elles ne se plient pas. La broche centrale du potentiomètre sera connectée à l'entrée analogique zéro (A0) sur l'Arduino. Un fil supplémentaire est ajouté pour ce faire.
• Afin de lire la tension du potentiomètre et de l'utiliser pour contrôler le servomoteur, nous utiliserons le logiciel "KNOB", également trouvé sous Fichier -> Exemples -> Servo. Exécutez le programme, tournez le bouton et enregistrez ce que vous observez.

Naturellement, vous pouvez faire passer de très longs fils pour que le bouton de commande se trouve dans une pièce différente de la marionnette animatronique, ou vous pouvez être à une courte distance (hors champ de la caméra si vous faites un film, par exemple).

Étape 6: Mouvement déclenché (à l'aide d'un capteur)

Parfois, vous voulez que votre marionnette bouge tout d'un coup, en particulier pour les farces effrayantes d'Halloween ou pour attirer encore plus l'attention. Dans cette étape, nous allons reconfigurer notre marionnette "Easter Island Head" pour qu'elle se retourne rapidement et fasse face à quiconque passe et projette une ombre sur un capteur de lumière.

Dans le cas du contrôle par capteur du servomoteur, nous utiliserons un capteur de lumière qui contrôlera la position exacte du servomoteur. Plus l'ombre projetée sur le capteur est sombre (et probablement plus la personne s'approche de la marionnette), plus la marionnette tourne la tête rapidement et loin.

• Nous allons retirer le potentiomètre et le remplacer par le circuit équivalent de deux résistances. Dans ce cas, l'une des deux résistances (R2) sera un capteur de lumière.
• Pour nous laisser de la place, nous avons réparti les lumpers +5V (gauche) et 0V Ground (droit) afin que nous puissions ajouter la résistance 10K Ohm et le capteur de lumière, connectés au centre dans la même rangée que le câble de démarrage menant à l'entrée analogique zéro (A0) sur la carte Arduino.
• Utilisez l'ombre de votre main pour masquer le capteur de lumière et utilisez d'autres moyens pour que le capteur de lumière reçoive le plus et le moins de lumière possible. Êtes-vous capable d'obtenir la gamme complète de 180 degrés de mouvement?

Tout comme dans la version télécommandée, vous pouvez placer la photorésistance à bonne distance de votre marionnette animatronique, et vous pouvez modifier les valeurs de la résistance, ou la programmation du logiciel pour changer les réactions de la marionnette.

Étape 7: Maintenant, essayez-le

Vous maîtrisez maintenant les trois types de mouvements animatroniques de base que vous pouvez créer avec un seul servomoteur.

- Mouvement répétitif

- Mouvement télécommandé

- Mouvement déclenché à l'aide de capteurs

Vous pouvez passer au niveau supérieur en utilisant différents types de marionnettes, de mouvements, de commandes et, bien sûr, le talent artistique que vous seul pouvez créer !