ساخت یک سر ربات صحبت کننده مجهز به آردوینو !: 26 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:59

این سر ربات در ابتدا به عنوان پروژه پایان سال برای کلاس محاسبات فیزیکی من ساخته شد ، اما در طول تابستان نحوه صحبت کردن را "آموخت". هد توسط دو Freeduinos ، 3 تراشه TLC5940NT و یک محافظ موج صنایع Adafruit در اینجا یافت می شود: www.ladyada.net/make/waveshield/. هد در حال حاضر توسط دو کابل USB به کامپیوتر متصل است ، یکی برای تغذیه و دیگری برای ارسال دستورات سریال در مورد آنچه باید بگوییم/بریزیم. هنگامی که سر دستورات تایپ شده را برای گفتن/احساس کردن دریافت می کند ، فایل های کلمه فردی را به منظور ایجاد یک جمله یا چند جمله پخش می کند. همچنین با توجه به دستورات احساسی ارسال شده از رایانه ، احساسات خود را تغییر می دهد. این سر ربات پایه و اساس بسیاری از برنامه های کاربردی احتمالی است زیرا می تواند هر چیزی را که برای آن واژگان وجود دارد بیان کند. در حال حاضر من در حال کار بر روی اتصال آن به اینترنت و بررسی و خواندن ایمیلم از طریق اسکریپت PHP هستم. من این برنامه آموزشی را همزمان با پیشرفت آن به روز می کنم. در اینجا یک ویدیو از آن در حال اجرا است: سر هنوز یک پروژه در حال انجام است بنابراین هر گونه نظر در مورد هر چیزی در اینجا بیش از استقبال می شود! تشکر ویژه از لیز آروم برای کمک به من در همه چیز! به روز رسانی: با توجه به درخواست عمومی من اکنون اضافه کرده ام ویدئویی از صحبت و بیان ربات! در اوقات فراغت خود لذت ببرید!

مرحله 1: همه مواد/قطعات/لوازم الکترونیکی را کامپایل کنید

این سر ربات از موارد زیر استفاده می کند: 1 تخته نان (باید بیش از 48 ردیف طول داشته باشد و شکافی در مرکز تخته برای اتصال تراشه های IC وجود داشته باشد. گذرگاه برق و زمینی که در کنار تخته نان در حال حرکت است نیز ضروری است). 2 چراغ RGB (برای چشمهای چند رنگ) آند معمولی. 1.50 دلار - 1.95 هر کدام. 2 X 1.75 $ = 3.5036 دلار Red Leds (برای دهان) جایی برای محدوده قیمت 40-50 سنت برای هر کدام. 36 X $.45 = 16.202 $ HXT900 Micro Servos (برای حرکت ابروها) را می توانید در: https://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp؟idProduct=662 2 X 3.65 $ = 7.303 $ TLC5940NT (به درایو/روشن کردن همه Led ها و کنترل سرویس ها) را می توانید در Digi-key https://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll؟Detail&name=296-17732-5-ND که قیمت آنها در آن است پیدا کنید. به قیمت 4.28 دلار 3 X 4.28 دلار = 12.84 دلار یا Mouser https://www.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/TLC5940NT/؟qs=sGAEpiMZZMu8٪252bGBKj8XSFEjwsgnt5grMZ49G/W4nR14٪3 (r4ingR14٪3) servos) از منبع تغذیه کامپیوتر قدیمی نجات یافته است. Free2 اصلی Freeduinos یا Arduinos. Freeduinos را می توان در https://www.freeduino.org/buy.html خریداری کرد که قیمت هر کدام 23.99 است. 2 X 23.99 دلار = 47.98 دلار یا www.sparkfun.com/commerce/product_info.php برای آردوینوس. قیمت هر عدد 29.95 دلار 2 X 29.95 دلار = 59.90 دلار. هشدار: Freeduinos نیاز به دانش لحیم کاری دارد ، اگر می خواهید تخته های خود را لحیم نکنید ، یک آردوینو بخرید. هشدار: این دستورالعمل به هر حال به دانش لحیم کاری نیاز دارد ، پس چرا از همین حالا شروع نکنید؟:) 1 Waveshield از صنایع Adafruit (به ربات اجازه می دهد تا صحبت کند) را می توان در آدرس: https://www.ladyada.net/make/waveshield/ هر کدام 22 دلار خریداری کرد. هزینه تقریبی کل قطعات با تکنولوژی بالا (بدون احتساب حمل و نقل) اگر Freeduinos را به جای Arduinos خریداری کرده اید…. 109.82 دلار! هزینه کل تمام قطعات با تکنولوژی بالا در صورت خرید آردوینوس به جای Freeduinos برابر است…. 121.74 دلار! و در مورد مواد با تکنولوژی پایین ، شما نیاز دارید: یک جعبه مقوایی به همان اندازه که می خواهید سر شما باشد. یک تکه کوچک مقوا سیم سازگار با TapeGlueBreadboard (22 سنج ، محکم) سیم برای چسباندن وسایل به سایر وسایل یک بلوک کوچک از چوب مته قدرت. لوله جمع کننده حرارتی برای جدا کردن سیم های در معرض دید و چیزی که هوای گرم را می وزاند تا با (تفنگ هوای گرم) جعبه برش کوچک شود.

مرحله 2: همه مدارها و سپرها را جمع آوری و لحیم کنید

Freeduinos را لحیم کنید (مانند من) ، یا اگر آردوینو خریداری کرده اید این خط را نادیده بگیرید. در اینجا پیوند دستورالعمل مونتاژ آنها برای همه افرادی که Freeduinos را خریداری کرده اند ، مشاهده می کنید: لیدی آدا راهنمای بسیار خوبی در مورد چگونگی انجام این کار در وب سایت خود به آدرس https://www.ladyada.net/make/waveshield/solder.html دارد: توجه: علاوه بر لحیم کاری Waveshield به شرح زیر. یک سیم بلند را که روی مقاومت R7 لحیم شده است در نزدیکترین قسمت به تراشه تقویت کننده اضافه کنید. این به ورودی آنالوگ 1 در Freeduino متصل می شود که LED های سر ربات را کنترل می کند. (نگران این نباشید که انتهای دیگر سیم را کجا وصل کنید ، که بعداً به طور مفصل توضیح داده می شود.) برای توضیح در مورد محل لحیم کاری سیم ، تصویر را ببینید.

مرحله 3: طراحی سر ربات

جعبه مقوایی را که به عنوان سر خود انتخاب کرده اید بردارید و با بریدن تکه های کاغذ و قرار دادن آنها در بالای جعبه ، مکانهایی را که می خواهید برای چشم و دهان برش دهید مشخص کنید. وقتی از چیدمان راضی هستید می توانید به سراغ برش وسایل بروید.

مرحله 4: طراحی سر روباتان: برش چشم ها

قطعات را در موقعیت نهایی خود روی جعبه بچسبانید یا علامت بزنید و آنها را ببرید. (تکه کاغذی را که برای نشان دادن دهان استفاده می کردید نگه دارید ، بعداً به آن نیاز خواهید داشت.)

مرحله 5: طراحی سر روباتان: ساخت ماتریس LED برای دهان

هر LED در دهان به طور مستقل روشن می شود. برای این کار باید یک ماتریس LED برای دهان بسازید. (برای اینکه بدانید ماتریس LED چیست ، تصویر 1 را ببینید) تکه کاغذی را که قرار است دهان باشد بردارید و با مداد و خط کش ، تکه کاغذ را به 36 قسمت (9 X 4) تقسیم کنید ، یک عدد برای هر LED در شبکه. پس از انجام این کار ، تکه کاغذ را به یک تکه چوب بچسبانید و مراقب باشید که کف را سوراخ نکنید (این برای من اتفاق افتاده است ، بنابراین من توصیه می کنم که روی یک جعبه مقوایی حفاری کنید.) در جایی که خطوط با یک مته 1/4 اینچی تلاقی می شوند ، سوراخ هایی ایجاد کنید تا LED های شما محکم جا بیفتند. اندازه مته به وضوح به اندازه LED های شما بستگی دارد بنابراین برای LED های کوچکتر از مته کوچکتر استفاده کنید. (کار خود را کوچک شروع کنید و راه خود را ادامه دهید!) برای توضیح بیشتر در مورد حفاری/علامت گذاری به تصاویر 2 و 3 نگاه کنید.

مرحله 6: ساخت ماتریس LED دهان: لحیم کاری در LED ها

قبل از انجام هر کار دیگری ، بررسی کنید که تمام LED های شما سوخته یا کم نور نیستند. شما می توانید این کار را با یافتن یک باتری دکمه ای 3 ولت کوچک و نگه داشتن پایه LED ها روی باتری انجام دهید (به یاد داشته باشید که پای بلند مثبت است ، کوتاه منفی است). سپس LED ها را یک ردیف در یک نوبت در جیج شبکه مته خود وارد کنید. پاهای بلند را طوری تا کنید که موازی یکدیگر باشند و آنها را ردیف به ردیف لحیم کنید (تصاویر 2 و 3 را ببینید). پاهای بلند را به هم بچسبانید زیرا از TLC برای کنترل این LED ها استفاده می کنید و TLC ها سینک های قدرت هستند. این بدان معنی است که آنها LED ها را با تغییر افت ولتاژ بین قدرت و زمین کنترل می کنند.

مرحله 7: ساخت ماتریس LED دهان: سیم های کنترل لحیم کاری روی LED ها

سیمهای بلندی را که می توانند در یک تخته نان (22 گیج) قرار بگیرند ، روی تمام سیمهای کاتد LED لحیم کنید. این سیم ها LED ها را کنترل می کنند. پس از آن مطمئن شوید که همه سیمهای جداگانه را با نوار برقی (جالب نیست) یا لوله های حرارتی (توصیه می شود) عایق بندی کنید. علاوه بر لحیم کاری سیمها روی همه LED های کاتد ، 2 یا 3 سیم را روی قسمت آند شبکه (قسمتی که همه با هم لحیم می شوند). این سیمها به عنوان منبع تغذیه توزیع کننده قدرت در سراسر شبکه عمل خواهند کرد. آنها به 5 ولت متصل می شوند.

مرحله 8: سروهای ابرو را در داخل سر روبات نصب کنید

قبل از نصب مینی سروهای خود در داخل سر ربات خود ، یک سیم قوی قوی (اما همچنان خم شونده) را روی بازوی سروو بچسبانید. این سیم از داخل ربات شما بالا می رود ، از بالا خارج می شود و به عقب حرکت می کند تا ابروها را حرکت دهد. (برای شفاف سازی به تصاویر مراجعه کنید.) مینی سروهای خود را (با سیمهای متصل شده) بردارید و آنها را بطور داغ به داخل سر ربات خود ، درست زیر چشم ها بچسبانید ، و مطمئن شوید که سیم ها می توانند از پهلو به پهلو حرکت کنند.

مرحله 9: شبکه داخلی سر روبات را نصب کنید

چسب داغ را روی تکه ای از مقوا که در آن سوراخ کرده اید و چسب داغ را روی قسمت داخلی سر ربات بچسبانید.

مرحله 10: LED های RGB را لحیم کنید

سیم LED آند معمولی RGB را به یک سیم بلند لحیم کنید. سپس یک سیم رنگی (قرمز ، سبز ، آبی) را به سیم LED RGB که مربوط به آن است بچسبانید (با استفاده از باتری دکمه ای 3 ولت برای روشن شدن هر یک از سرب های LED به نوبه خود می توانید رنگ سیم را مشخص کنید). عایق کاری سیم ها را فراموش نکنید!

مرحله 11: LED های RGB را در داخل سر روبات نصب کنید

LED ها را داخل سر ربات قرار دهید و آنها را در جایی که می خواهید قرار دهید و سپس سیم ها را تا کنید و به داخل جعبه بچسبانید. قرار دادن نی نوشیدنی زیر LED نیز به ثابت نگه داشتن آن کمک می کند. (برای شفاف سازی به تصاویر مراجعه کنید)

مرحله 12: ساخت چشم را به پایان برسانید

یک کاغذ مربع شکل که کمی بزرگتر از سوراخی است که بریده اید بچسبانید. آن را روی سوراخ بچسبانید تا سوراخ و LED پشت آن پوشانده شود. همچنین ممکن است بخواهید مقداری حوله کاغذی را به داخل سوراخ های چشم بچسبانید تا نور ناشی از LED ها پخش شود.

مرحله 13: تراشه های TLC5940NT را سیم کشی کنید

در این مرحله شما باید 3 TLC5940NT را با هم زنجیر کنید تا مجموعاً 42 خروجی LED (36 عدد برای دهان ، 6 برای چشم های چند رنگ) را هدایت کنید. مردم در زمین بازی آردوینو یک راهنمای اتصال خوب در مورد نحوه دیزی دارند. 3 زنجیره TLC5940NT با هم. در اینجا به صورت فشرده است: پین آردوینو 13 -> SCLK (پین TLC 25) پین آردوینو 11 -> SIN (پین 26 TLC) پین آردوینو 10 -> خالی (پین TLC 23) پین آردوینو 9 -> XLAT (پین TLC 24) پین آردوینو 3-> GSCLK (پین TLC 18) -------------- U ------------ LED Out 1 | 1 28 | LED Out 0LED Out 2 | 2 27 | GNDLED Out 3 | 3 26 | SIN (Ard pin 11.) LED Out 4 | 4 25 | SCLK (پین ارد 13)… | 5 24 | XLAT (پین Ard 9)… | 6 23 | خالی (پین ارد 10)… | 7 22 | GND… | 8 21 | VCC (5V)… | 9 20 | 2K مقاومت در برابر زمین… | 10 19 | 5 ولت… | 11 18 | GSCLK (پین Ard 3)… | 12 17 | SOUT (متصل به SIN TLC بعدی در Daisychain)… | 13 16 | XERR Out 14 | 14 15 | LED Out 15 ----------------------------- توجه: ما Daisychaining 3 TLC داریم بنابراین SIN اولین TLC به آردوینو متصل می شود پین 11. بقیه TLC ها SIN خود را به SOUT TLC قبلی متصل کرده اند. همه BLANK ها به یکدیگر متصل هستند (BLANK TLC1 به BLANK TLC2 و غیره متصل است …) همه XLAT ها متصل هستند. همه SCLK ها متصل هستند. همه GSCLK ها متصل هستند. همه XERR ها متصل هستند. همچنین 2 یا 3 خازن الکترولیتی را به Ground and Power وصل کنید (منفی در خازنی که به Ground می رود ، مثبت به 5V). میزان شارژ آن چندان مهم نیست ، اما باید برای 5 ولت یا بالاتر رتبه بندی شود. این خازن ها به عنوان یک فیلتر عمل می کنند و تمام نواقص (نویز) موجود در منبع ولتاژ TLC ها را فیلتر می کنند. این مهم است زیرا Waveshield که ما از آن استفاده خواهیم کرد همانند TLC ها یکسان است و واقعا نویز الکتریکی را دوست ندارد (سر و صدای عجیب و غریب کلیک می کند).

مرحله 14: LED ها را به TLC متصل کنید

همه LED ها را ردیف به ردیف به TLC ها وصل کنید ، با یکی در گوشه سمت چپ بالا شروع کنید و مستقیماً به LED در سمت راست بروید. در اینجا یک شبکه از همه خروجی های LED TLC برای راحتی شما ارائه شده است. برای شفاف سازی تصاویر را مشاهده کنید. دهان: 0 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 35 اکنون زمان مناسبی است که چشمان RGB LED خود را به TLC ها متصل کنید ، بنابراین در اینجا پین های خروجی است … چشم RGB LED: چپ: RGB راست: RGB 36 40 38 37 41 39 39 فراموش نکنید برای اتصال سیم های برق جهانی برای The Grid و RGB LED به 5 ولت!

مرحله 15: Servos را به TLC متصل کنید

Power and Ground سروها را به Power and Ground در تخته نان خود متصل کنید. سیم کنترل سروو چپ (سمت چپ شما در حالی که رو به روبات هستید) را به پین 43 (به یاد داشته باشید شروع از صفر است.) و سروو راست را به پین 44 وصل کنید. شما باید یک مقاومت 3.3K اهم را از هر دو پین متصل کنید. تا 5 ولت زیرا TLC ها غرق کننده قدرت هستند و برای غرق شدن نیاز به برق دارند.

مرحله 16: اکنون در حال ورود به سرزمین نرم افزار و کد هستید! (اغلب)

لطفا از تجاوز خودداری کنید…

مرحله 17: کتابخانه TLC را بارگیری کنید

جدیدترین کتابخانه TLC برای Arduino را می توانید در صفحه کد Google خود به آدرس: code.google.com/p/tlc5940arduino/ پیدا کنید. جدیدترین کتابخانه را بارگیری کرده و پوشه فشرده نشده "Tlc5940" را در [آخرین پوشه نسخه آردوینو]/سخت افزار/وارد کنید. کتابخانه ها/

مرحله 18: TLC ها را آزمایش کنید

طرح تست بیان سریال من را بارگیری کنید که می توانید در زیر بارگیری کنید. آن را در Freeduino بارگذاری کرده و برخی دستورات را در مانیتور سریال تایپ کنید تا مطمئن شوید که همه چیز کار می کند. در اینجا لیستی از دستورات وجود دارد:

مرحله 19: کتابخانه Waveshield، بهبود یافته و با ظرفیت بالا (تا حدی) را بارگیری کنید

بارگذاری جدید Adafruit را از کد Google بارگیری کنید (از آقای Fat16 متشکرم که این کتابخانه را بهبود بخشید): code.google.com/p/wavehc/ مجدداً پوشه باز نشده را در پوشه سخت افزار/کتابخانه ها/بچسبانید.

مرحله 20: کارت های SD خود را قالب بندی و بارگذاری کنید

کارت های SD خود را در رایانه خود قرار دهید و با استفاده از نوع فایل FAT یا FAT16 آنها را قالب بندی کنید. FAT32 نیست! سپس کارتهای SD خود را با فایلهای گفتاری از متن عالی AT & T در سایت سخنرانی www.research.att.com/~ttsweb/tts/demo.php#top بارگذاری کنید و نام کلمه ای را که در فایل صحبت می کند تغییر دهید و کوتاه کنید نام فایل به چیزی که شامل 6 یا کمتر حرف باشد..

مرحله 21: شیشه موج خود را آزمایش کنید

طرح آزمایشی سریال Waveshield من را بارگیری و اجرا کنید. شما باید بتوانید از طریق ترمینال سریال ، یک جمله تایپ کنید و از Waveshield بخواهید که آن را پخش کند (تا زمانی که دارای فایل های wav باشد.) کلمه اول را می گیرد ، ".wav" را اضافه کرده و قبل از انتقال به کلمه دوم آن را پخش می کنید. مثلاً تایپ کنید: سلام اسم من باب است پخش می شود: hello.wavmy.wavname.wavis.wavbob.wav توجه داشته باشید: Waveshield را در Freeduino دیگر (که به TLC متصل نیست) آزمایش کنید زیرا هم Waveshield و هم TLC ها از پین های 13 ، 12 ، 11 و 10 (در Freeduino) استفاده می کنند. این به این دلیل است که این پین ها از سخت افزاری برای رابطی به نام Serial Peripheral Interface (SPI) که TLC ها و Waveshield به آن نیاز دارند ، پشتیبانی می کنند. این پین ها را نمی توان بین آنها به اشتراک گذاشت ، بنابراین ما مجبوریم دو Freeduinos را با استفاده از رابط I2C به هم متصل کنیم تا بتوانند اطلاعات را بین آنها منتقل کنند. در مرحله 22 در این مورد بیشتر توضیح دهید.

مرحله 22: رابط I2C بین هر دو Freeduinos را سیم کشی کنید

صبر کنید … چرا ما نیاز داریم که یک رابط I2C را بین دو Freeduinos متصل کنیم؟ چرا نمی توانیم Waveshield و TLC ها را به یک Freeduino وصل کنیم؟ در اینجا دلیل آن آمده است: هم Waveshield و هم TLC ها از پین های 13 ، 12 ، 11 و 10 در Freeduino استفاده می کنند. دلیل این امر این است که این پین ها از سخت افزاری برای رابطی به نام Serial Peripheral Interface (SPI) پشتیبانی می کنند که TLC ها و Waveshield به آن نیاز دارند و نمی توانند آن را به اشتراک بگذارند. این بدان معناست که ما باید دو Freeduino را با استفاده از نوعی اتصال داده به یکدیگر متصل کنیم تا هر دو در کنار هم کار کنند. سریال گزینه ای نبود زیرا کامپیوتر من قبلاً از آن برای ارتباط با Waveshield Freeduino استفاده می کرد ، بنابراین پس از جستجوی گوگل شدید ، یک روش ارتباطی بسیار مناسب و ساده پیدا کردم. I2C! نحوه اتصال رابط به شرح زیر است: اتصال پین 4 آنالوگ 4 به هر دو Freeduino (این SDA یا خط داده سریال است.) پین ورودی آنالوگ 5 را در هر دو Freeduinos وصل کنید (این خط SCL یا سریال ساعت است.) Ground را متصل کنید در هر دو Freeduinos (در غیر این صورت رابط I2C کار نمی کند.) سیم را که در ابتدای این دستورالعمل لحیم کرده اید از مقاومت R7 در Waveshield به پین ورودی آنالوگ 1 در TLC کنترل Freeduino وصل کنید (این سیم برای بررسی میزان صدا است کلماتی که توسط Waveshield گفته می شود و بخشی از رابط I2C نیست). (برای شفاف سازی به تصویر مراجعه کنید)

مرحله 23: I2C را در TLC Controlling Freeduino فعال کنید

با بارگیری این طرح I2C را در Freeduino که برای کنترل TLC ها استفاده می کردید فعال کنید. اطلاعات مربوط به عبارات Waveshield را دریافت می کند و همچنین حجم خروجی گفتار را در Waveshield Freeduino بررسی می کند و با توجه به حجم کلمه ای که صحبت می شود ، دهان را برای شبیه سازی صحبت حرکت می دهد. (دو سیم رابط) این یک راه ساده برای اتصال چندین دستگاه به یکدیگر (تا 128!) با دو سیم داده و یک زمینه مشترک است. به روز رسانی: من یک ویژگی پلک زدن را به طرح آردوینو اضافه کرده ام. این ربات اکنون در فواصل 2 تا 11 ثانیه ، درست مانند یک انسان پلک می زند.

مرحله 24: رابط I2C را آزمایش کنید

این طرح را بارگیری کرده و روی Waveshield Freeduino بارگذاری کنید ، کلمات "behappy؛" را ارسال می کند. و سپس "besad؛" از طریق رابط I2C به TLC کنترل Freeduino در دو فواصل دوم ، امیدوارم که ربات از شادی به غم در دو فاصله دوم تبدیل شود.

مرحله 25: تقریباً انجام شد! فقط چند کد برای بارگیری…

نسخه نهایی کد Waveshield Freeduino را بارگذاری کنید. باید کلماتی را که در مانیتور سریال تایپ می کنید و آنها را می گویید (تا زمانی که فایل های.wav برای انجام این کار در اختیار دارد) و دستورات بیان مانند "behappy؛" و "besad؛" بر روی Freeduino که TLC ها را از طریق رابط I2C کنترل می کند. توجه: لیست فرمان برای کد تست قبلی TLC یکسان است (به مرحله 17 مراجعه کنید) با این تفاوت که باید به هر فرمان عبارت یک نیمه کولون اضافه کنید. EX. اگر می خواهید ربات غمگین باشد و بگوید "احساس ناراحتی می کنم" ، تایپ کنید: besad؛ احساس ناراحتی می کنم. به روز رسانی: طرح Waveshield اکنون از علائم نگارشی به درستی استفاده می کند (یعنی نقطه ها و کاما اما نقاط تعجب برانگیز).

گام 26: همه چیز را روی جعبه هد روبات نصب کنید و کار تمام است

همه Freeduinos را با سیم روی پشت جعبه نصب کنید. فلپ بالایی جعبه را با سیم ببندید و کارتان تمام است! حالا اگر می توانست ایمیل من را بررسی کند. Hmmmm ……. ممنون که این دستورالعمل را مطالعه کردید! نظرات همیشه در مورد هر چیزی خوش آمدید!

جایزه دوم در مسابقه آردوینو