اصول Animatronics - سرو موتور: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

چه نمایش تعطیلات شاد در ویترین یک فروشگاه بزرگ ، چه شوخی هالووین ترسناک ، هیچ چیز مانند یک عروسک متحرک جلب توجه نمی کند.

این انیمیشن های کنترل شده الکترونیکی گاهی اوقات "animatronics" نامیده می شوند و این به شما آموزش می دهد که چگونه می توانید اساسی ترین نوع را که توسط یک سروو موتور کنترل می شود ، تهیه کنید.

ما از میکروکنترلر آردوینو به عنوان مغز استفاده خواهیم کرد و خواهیم دید که چگونه یک پتانسیومتر و یک سروو در داخل کار می کند ، همچنین نحوه ساخت سه روش مختلف کنترل را به شما آموزش می دهد:

1 - تکرار مداوم حرکت

2- حرکت از راه دور

3 - حرکت تحریک شده (با استفاده از سنسور نور)

مرحله 1: لیست قطعات

شما به یک میکروکنترلر نیاز دارید (در تصویر اول Arduino از https://adafru.it به همراه کیت قطعات بودجه آنها در مجموع 30 دلار) و یک موتور سروو (نسخه کوچک برج در تصویر دوم نشان داده شده است) نیاز دارید. همراه با برخی از قطعات اتصال دهنده ، از همان فروشگاه با قیمت 12 دلار). اگر از چندین سروو موتور استفاده می کنید ، به یک خازن کوچک یا منبع ولتاژ قوی تر نیز نیاز خواهید داشت (یک شارژر دیواری 9 ولت برای آردوینو کار می کند)

میکروکنترلر عبارت است از کل رایانه شخصی روی یک تراشه. بدیهی است که به اندازه رایانه خانگی شما قدرتمند نیست ، دارای RAM بسیار کم نور ، درایو دیسک ، صفحه کلید یا ماوس نیست ، اما در کنترل چیزها (بنابراین نام آن) واقعاً عالی است. یکی از این تراشه ها را در بسیاری از اقلام روزمره مانند ماشین لباسشویی و رایانه های تزریق سوخت اتومبیل پیدا خواهید کرد.

نام تجاری میکروکنترلرهای "آردوینو" مدارهای دیگری را نیز اضافه می کند که آن را به دنیای خارج متصل می کند و روی یک برد مناسب قرار می دهد.

توجه داشته باشید که در "کیت قطعات بودجه" چند سیم ، مقاومت ، لیگامنت های LED و یک جفت دستگیره آبی رنگ وجود دارد که پتانسیومتر نامیده می شوند. اطلاعات بیشتر در مورد پتانسیومترها در مرحله بعد.

سرانجام ، شما به یک موتور سروو احتیاج دارید و همراه با برخی اتصالات پیچ دار آن را به عروسک متحرک خود متصل می کنید. ما در این درس از رابط X شکل استفاده خواهیم کرد.

مرحله 2: بررسی پتانسیومتر

پتانسیومتر در اصل یک دکمه کم نور - یا در اصطلاح الکترونیک - یک جفت مقاومت متغیر است. با چرخاندن دکمه ، یک مقاومت را بزرگتر و مقاومت دیگر را کوچکتر می کنید.

بیشتر اوقات از پتانسیومتر (گاهی اوقات "گلدان") برای کنترل ولتاژ با استفاده از نمودار مدار نشان داده شده در بالا استفاده می کنیم.

سمت چپ تصویر گلدان واقعی را نشان می دهد ، سیمهای بالا و پایین به ولتاژ +5 و Ground متصل شده و سیم میانی ولتاژ مورد نظر را خارج می کند. نمودار وسط نماد گلدان را نشان می دهد و نمودار آخر مدار معادل آن را نشان می دهد.

تصاویر توسط Wikimedia.org ارائه شده است

مرحله 3: بررسی موتور سروو

یک موتور سروو دارای چهار قسمت اصلی است.

1. موتوری که معمولاً با سرعت و گشتاور بالا می تواند به جلو و عقب بچرخد.

2. یک سیستم تشخیص موقعیت ، که می تواند بگوید سرو موتور در حال حاضر در چه زاویه ای قرار دارد

3. یک سیستم چرخ دنده که می تواند چرخش های زیادی از یک موتور بگیرد و آن را به یک حرکت زاویه ای کوچک تبدیل کند.

4. یک مدار کنترل که می تواند خطا بین زاویه واقعی و زاویه نقطه تنظیم مورد نظر را تصحیح کند.

قسمت های 1 و 2 در تصویر اول نشان داده شده است. توجه داشته باشید که قسمت 2 یک پتانسیومتر است.

قسمت 3 در تصویر دوم نشان داده شده است.

قسمت 4 در تصویر سوم نشان داده شده است.

مرحله 4: حرکت تکراری

در اینجا ما قصد داریم سر عروسک "Bender" خود را به چپ و راست ، عقب و جلو بچرخانیم ، به شرطی که برق از کابل USB متصل شود. این برای نمایش تعطیلات سرگرم کننده که می خواهید در تمام طول روز به حرکت خود ادامه دهید عالی است.

Arduino دارای یک محیط توسعه یکپارچه (IDE) است که راهی فانتزی برای گفتن این است که با برنامه ای برای رایانه شما ارائه می شود که به شما امکان می دهد دستورالعمل ها را به آن بدهید (نماد Arduino IDE شکل جانبی 8 است). این دستورالعمل ها حتی اگر کامپیوتر را جدا کنید روی برد ذخیره می شوند و وقتی دوباره به Arduino وصل می شوید دوباره اجرا می شوند. در این مورد ، ما از نرم افزاری به نام "Sweep" استفاده می کنیم که می توانید آن را در نمونه های IDE تحت عنوان "Servo" پیدا کنید.

در مرحله بعد سروو را به خازنی متصل به 5 ولت متصل می کنید (سیم قرمز سروو به آردوینو +5 ، سیم قهوه ای سروو به آردوینو GND) و سیگنال کنترل (سیم سروو زرد به خروجی خروجی آردوینو 9). سر عروسک اختیاری است ؛-)

جزئیات:

اگر موارد فوق کمی گیج کننده بود ، دستورالعمل های دقیق به شرح زیر است:

مرحله A - برنامه نویسی Arduino

• Arduino IDE را باز کنید (باید نماد شکل 8 روی دسکتاپ شما باشد)
• در بخش "ابزارها" مطمئن شوید که "Board" روی "Arduino/Genuino Uno" تنظیم شده است.
• سخت افزار آردوینو را با استفاده از کابل USB به رایانه وصل کنید
• اطمینان حاصل کنید که تنظیمات "Port" در قسمت "Tools" نیز برای Arduino پیکربندی شده است.
• در بخش "پرونده ها" ، "مثال" به نام "Sweep" را انتخاب کنید (می توانید آن را در بخش "Servos" پیدا کنید)
• لطفاً قبل از استفاده یا ویرایش این فایل ، نام فایل دیگری را "ذخیره به عنوان" (می تواند نام شما یا هر آنچه شما انتخاب می کنید) ذخیره کنید. با این کار پرونده برای دانش آموز بعدی که از این رایانه استفاده می کند بدون تغییر باقی می ماند.
• برای بارگذاری طرح Sweep در Arduino از دکمه پیکان (یا در زیر "Sketch" "بارگذاری" را انتخاب کنید)

مرحله B - اتصال سروو موتور به جارو کردن

در این قسمت ، ما انواع مدارهای توصیف شده در https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso… را ایجاد خواهیم کرد. ما سیمهای قرمز و قهوه ای سروو را به +5 و GND Ardiuno وصل می کنیم ، به ترتیب. ما همچنین یک خازن مسطح کننده ولتاژ را در آن ولتاژ قرار می دهیم و در نهایت سیم زرد سروو را به پایه خروجی 9 آردوینو متصل می کنیم.

• هنگام ساختن مدار ، آردوینو را از پورت USB جدا کنید.
• ما از برد 5 ولت و Ground از برد آردوینو استفاده خواهیم کرد ، بنابراین آنها را به ترتیب با سیم قرمز و سبز به تخته نان ببرید.
• از آنجا که قدرت می تواند کمی از پورت USB متزلزل شود (جریان زیاد نیست و سرو موتور ممکن است باعث شود که برد Arduino به دلیل جریان کم تنظیم شود) ما یک خازن را در این ولتاژ قرار می دهیم و مطمئن می شویم که سیم با برچسب "منهای - "در سمت زمین است
• حالا قرمز (+5) و براون (زمین) سیم کشی سروو را به تخته نان متصل کنید.
• اتصال الکتریکی نهایی سیگنال کنترل است. برنامه SWEEP از پین شماره 9 آردوینو برای ارسال سیگنال کنترل استفاده می کند ، بنابراین این را به سیم زرد (کنترل) سرو موتور متصل کنید.
• اختیاری - قبل از آزمایش می توانید هد Animatronic به دلخواه و پایه آن را بر روی موتور سروو قرار دهید. لطفاً ملایم باشید زیرا تناسب کامل نیست و قطعات پلاستیکی می شکنند.
• شما باید بتوانید برق USB را روی آردوینو اعمال کنید و برنامه SWEEP باید اجرا شود و باعث شود سروو موتور رفت و برگشتی داشته باشد.

مرحله C - اصلاح برنامه SWEEP

• لطفاً قبل از استفاده یا ویرایش این فایل ، نام فایل دیگری را "ذخیره به عنوان" (می تواند نام شما یا هر آنچه شما انتخاب می کنید) ذخیره کنید. احتمالاً این کار را در مرحله A انجام داده اید. برای هریک از قسمتهای زیر ، مشاهدات خود و همچنین هر تغییری که در کد ایجاد کرده اید را ثبت کنید.
• با استفاده از یک کرونومتر ، مدت زمان طول کشیدن و برگشتن به عقب را اندازه بگیرید _
• شما در نرم افزار تغییراتی ایجاد خواهید کرد (گاهی اوقات "کد" یا "طرح" نامیده می شود)
• هر دو مقدار "Delay" را از 15 به عدد بزرگتر دیگر تغییر دهید (برای سهولت محاسبات ، ضرب دور 15 را انتخاب کنید). از چه ارزشی استفاده کردید؟ _. به نظر شما زمان SWEEP جدید چقدر خواهد بود؟ _. زمان SWEEP جدید را اندازه گیری کرده و هر گونه مغایرت را _ یادداشت کنید.
• تاخیرها را به 15 تغییر دهید ، و اکنون زاویه موقعیت را از 180 به 90 (هر دوی این مقادیر) تغییر دهید. دامنه جدید حرکت موتور سروو (90 درجه یا بیشتر یا کمتر؟) _ چیست.
• اگر دامنه حرکت را به 90 درجه می رسانید ، "تاخیر" را به عددی کمتر از 15 کاهش دهید. قبل از اینکه سروو به طور نامنظم رفتار کند یا دیگر دامنه حرکتی را کامل نکند ، می توانید به چه تعداد کوچکی مراجعه کنید؟ _

پس از اتمام این مراحل ، همه اندازه گیری ها و تمرینات لازم را خواهید داشت تا بتوانید از سروو موتور خود برای کنترل انواع حرکات متحرک تکراری جلو و عقب ، در هر نقطه از زاویه کوچک تا 180 درجه ، و همچنین با طیف گسترده ای از سرعت هایی که کنترل می کنید.

مرحله 5: حرکت کنترل از راه دور

به جای تکرار یک حرکت در طول روز ، در این مرحله ما موقعیت عروسک متحرک "C3PO" خود را از راه دور کنترل می کنیم تا به چپ و راست و هر موقعیتی بین آنها نگاه کنیم. از آنجا که یک انسان کنترل را انجام می دهد ، ما این را کنترل "حلقه باز" می نامیم.

با کنترل حلقه باز ، موقعیت دقیق سرو موتور را کنترل می کنید. برای چرخاندن شما به یک دستگیره نیاز داریم و برای این کار از پتانسیومتر آبی استفاده می کنیم.

• ما به یک مکان دیگر در تخته نان نیاز داریم که دارای +5 و 0 (Ground) ولت باشد. این سیم های بلوز را برای جدا کردن ردیف های روی نان بریده و آنها را یک ردیف از یکدیگر جدا کنید ، تا با پین های خارجی پتانسیومتر که در یک لحظه اضافه می کنیم هم راستا شوند.
• حالا پتانسیومتر را اضافه کنید. قبل از هل دادن پین های پتانسیومتر به تخته نان ، مطمئن شوید که هر سه آنها با سوراخ های صاف کنار هم قرار گرفته اند و سپس پین ها را مستقیماً به سمت پایین فشار دهید تا خم نشوند. پین مرکزی پتانسیومتر به ورودی آنالوگ صفر (A0) در آردوینو متصل می شود. یک سیم اضافی برای انجام این کار اضافه می شود.
• به منظور خواندن ولتاژ پتانسیومتر و استفاده از آن برای کنترل موتور سروو ، ما از نرم افزار "KNOB" استفاده می کنیم که در زیر فایل -> مثالها -> سروو نیز یافت می شود. برنامه را اجرا کنید ، دکمه را بچرخانید و آنچه را مشاهده می کنید ثبت کنید.

به طور طبیعی ، می توانید سیم های بسیار بلندی را طوری اجرا کنید که دکمه کنترل در اتاقی متفاوت از عروسک نمایشی قرار بگیرد ، یا می توانید فقط در فاصله کوتاهی با آن فاصله داشته باشید (برای مثال ، وقتی فیلم می سازید ، خارج از دوربین).

مرحله 6: حرکت تحریک شده (با استفاده از سنسور)

گاهی اوقات شما می خواهید عروسک شما به طور ناگهانی حرکت کند - مخصوصاً برای شوخی های ترسناک هالووین یا جلب توجه بیشتر. در این مرحله ، ما عروسک عروسی خود "سر جزیره ایستر" را مجدداً پیکربندی می کنیم تا به سرعت بچرخد و با هرکسی که کنار می رود و روی سنسور نور سایه می اندازد ، رو به رو شود.

در مورد کنترل سنسور سرو موتور ، از سنسور نوری استفاده می کنیم که موقعیت دقیق سروو موتور را کنترل می کند. سایه ای که روی سنسور تیره تر می شود (و احتمالاً هرچه فرد به عروسک نزدیکتر می شود) سر عروسک سریعتر و دورتر می چرخد.

• پتانسیومتر را برداشته و مدار معادل دو مقاومت را جایگزین آن می کنیم. در این حالت ، یکی از دو مقاومت (R2) یک سنسور نور خواهد بود.
• برای اینکه کمی اتاق به ما بدهید ، لامپهای +5V (چپ) و 0V Ground (راست) را پهن می کنیم تا بتوانیم مقاومت 10K اهم و سنسور نور را که در مرکز و در ردیف کابل بلوز منتهی به ورودی آنالوگ متصل است ، اضافه کنیم. صفر (A0) روی برد آردوینو.
• از سایه دست خود برای مبهم کردن سنسور نور استفاده کنید و از راه های دیگر برای به دست آوردن بیشترین و کمترین میزان ممکن نور توسط سنسور نور استفاده کنید. آیا می توانید دامنه کامل حرکت 180 درجه را بدست آورید؟

همانطور که در نسخه کنترل از راه دور ، می توانید مقاومت عکس را در فاصله خوبی از عروسک متحرک خود قرار دهید و می توانید مقادیر مقاومت یا برنامه نویسی نرم افزار را برای تغییر واکنش های عروسکی تغییر دهید.

مرحله 7: حالا شما آن را امتحان کنید

اکنون شما سه نوع اصلی حرکت متحرک را که می توانید با یک موتور سروو ایجاد کنید ، تسلط یافته اید.

- حرکت تکراری

- حرکت از راه دور

- حرکت با استفاده از حسگرها

شما می توانید با استفاده از انواع مختلف عروسک ، حرکت ، کنترل ، و طبیعتاً هنرمندی که فقط شما می توانید ایجاد کنید ، این را به سطح بعدی برسانید!