Dasar-Dasar Animatronik - Motor Servo: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Entah itu tampilan liburan yang menyenangkan di jendela department store, atau lelucon Halloween yang menakutkan, tidak ada yang menarik perhatian seperti boneka animasi.

Animasi yang dikontrol secara elektronik ini terkadang disebut "animatronik" dan instruksi ini akan mengajari Anda cara membuat jenis yang paling dasar, yang dikendalikan oleh satu motor servo.

Kami akan menggunakan mikrokontroler Arduino sebagai otaknya, dan kami akan melihat bagaimana potensiometer dan servo bekerja di dalamnya, juga mengajari Anda cara membuat tiga metode kontrol yang berbeda:

1 - Gerakan berulang terus menerus

2 - Gerakan yang dikendalikan dari jarak jauh

3 - Gerakan yang dipicu (menggunakan sensor cahaya)

Langkah 1: Daftar Bagian

Anda memerlukan mikrokontroler (ditunjukkan pada gambar pertama adalah Arduino dari https://adafru.it bersama dengan kit bagian anggaran mereka dengan total $ 30) dan motor servo (versi Menara kecil ditunjukkan pada gambar kedua bersama dengan beberapa bagian konektor, dari toko yang sama seharga $12). Anda juga memerlukan kapasitor kecil atau sumber tegangan yang lebih kuat jika Anda mengoperasikan beberapa motor servo (pengisi daya dinding 9V untuk Arduino akan berfungsi)

Mikrokontroler adalah seluruh komputer PC dalam satu chip. Jelas tidak sekuat komputer di rumah Anda, memiliki RAM yang sangat sedikit, tidak ada disk drive, tidak ada keyboard atau mouse, tetapi sangat hebat dalam mengendalikan berbagai hal (karena itu namanya). Anda akan menemukan salah satu chip ini di dalam banyak barang sehari-hari seperti mesin cuci dan komputer injektor bahan bakar otomatis.

Mikrokontroler merek "Arduino" juga menambahkan beberapa sirkuit lain yang menghubungkannya ke dunia luar, dan meletakkannya di papan yang nyaman.

Perhatikan bahwa dalam "kit bagian anggaran" ada beberapa kabel, resistor, lampu LED, dan sepasang tombol biru, yang disebut potensiometer. Lebih lanjut tentang potensiometer di langkah berikutnya.

Terakhir, Anda memerlukan motor servo, dan dilengkapi dengan beberapa konektor sekrup untuk memasangnya ke boneka bergerak Anda. Kita akan menggunakan konektor berbentuk X dalam pelajaran ini.

Langkah 2: Tinjauan Potensiometer

Potensiometer pada dasarnya adalah tombol dimmer - atau dalam terminologi elektronik - sepasang resistor variabel. Dengan memutar kenop, Anda membuat satu resistor lebih besar, dan resistor lainnya lebih kecil.

Sebagian besar waktu kita menggunakan potensiometer (kadang-kadang disebut "pot") untuk mengontrol tegangan menggunakan diagram rangkaian yang ditunjukkan di atas.

Gambar paling kiri menunjukkan pot yang sebenarnya, dengan kabel atas dan bawah terhubung ke tegangan +5 dan Ground, dan kabel tengah mengeluarkan tegangan yang diinginkan. Diagram tengah menunjukkan simbol pot, dan diagram terakhir menunjukkan rangkaian ekivalen.

Gambar adalah milik Wikimedia.org

Langkah 3: Ulasan Motor Servo

Motor servo memiliki empat bagian utama.

1. Motor yang dapat berputar ke depan dan ke belakang, biasanya dengan kecepatan dan torsi tinggi.

2. Sistem pendeteksi posisi, yang dapat mengetahui sudut motor servo saat ini

3. Sistem roda gigi yang dapat mengambil banyak putaran motor dan membuatnya menjadi gerakan sudut kecil.

4. Rangkaian kontrol yang dapat memperbaiki kesalahan antara sudut aktual dan sudut set point yang diinginkan.

Bagian 1 dan 2 ditunjukkan pada gambar pertama. Perhatikan bahwa bagian 2 adalah potensiometer.

Bagian 3 ditunjukkan pada gambar kedua.

Bagian 4 ditunjukkan pada gambar ketiga.

Langkah 4: Gerakan Berulang

Di sini kita akan membuat kepala boneka kita "Bender" belok kiri dan kanan, maju mundur, selama daya terhubung dari kabel USB. Ini bagus untuk tampilan liburan yang menyenangkan yang Anda ingin terus bergerak sepanjang hari.

Arduino hadir dengan Integrated Development Environment (IDE) yang merupakan cara yang bagus untuk mengatakan bahwa ia dilengkapi dengan aplikasi untuk PC Anda yang memungkinkan Anda memberikan instruksi (ikon Arduino IDE adalah gambar menyamping 8). Instruksi tersebut tetap tersimpan di papan bahkan jika Anda mencabut PC, dan mereka mulai berjalan lagi saat Anda menyambungkan kembali daya ke Arduino Anda. Dalam hal ini, kami akan menggunakan perangkat lunak yang disebut "Sweep" yang dapat Anda temukan dalam contoh IDE di bawah kategori "Servo."

Selanjutnya Anda akan menghubungkan servo ke kapasitor stabil 5 volt (kabel Servo merah ke Arduino +5, kabel Servo coklat ke Arduino GND) dan ke sinyal kontrol (kabel Servo kuning ke pin ouput Arduino 9). Kepala boneka adalah opsional;-)

RINCIAN:

Jika hal di atas agak membingungkan, petunjuk detailnya adalah sebagai berikut:

Langkah A – Memprogram Arduino

• Buka Arduino IDE (harus berupa ikon angka 8 di desktop Anda)
• Di bawah "Alat" pastikan "Papan" diatur ke "Arduino/Genuino Uno."
• Hubungkan perangkat keras Arduino ke komputer menggunakan kabel USB
• Pastikan pengaturan "Port" di bawah "Tools" juga dikonfigurasi untuk Arduino.
• Di bawah "File" pilih "Contoh" yang disebut "Sweep" (Anda dapat menemukannya di bawah "Servos")
• Sebelum Anda menggunakan atau mengedit file ini, harap "Simpan Sebagai" nama file yang berbeda (bisa nama Anda, atau apa pun yang Anda pilih). Ini akan membuat file tidak berubah untuk siswa berikutnya yang menggunakan komputer ini.
• Gunakan tombol Panah (atau di bawah "Sketsa" pilih "Unggah") untuk mengunggah sketsa Sapu ke Arduino

Langkah B – Menghubungkan Motor Servo ke Sapu

Pada bagian ini, kita akan membuat variasi sirkuit yang dijelaskan di https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso… Kita akan menghubungkan kabel Merah dan Coklat dari Servo ke +5 dan GND dari Ardiuno, masing-masing. Kami juga akan menempatkan kapasitor perata tegangan di tegangan itu, dan akhirnya kami akan menghubungkan kabel Kuning servo ke pin output 9 Arduino.

• Cabut Arduino dari port USB saat Anda membangun sirkuit.
• Kami akan menggunakan 5V dan Ground dari papan Arduino jadi bawa ke papan tempat memotong roti Anda masing-masing menggunakan kabel merah dan hijau.
• Karena daya dapat sedikit goyah dari port USB (arus tidak banyak, dan motor servo dapat menyebabkan papan Arduino me-reset karena arus rendah), kami akan memasang kapasitor di tegangan ini, memastikan kabel berlabel “minus – “ada di sisi Ground.
• Sekarang hubungkan kabel Servo Merah (+5) dan Coklat (Ground) ke papan tempat memotong roti.
• Sambungan listrik terakhir adalah sinyal kontrol. Program SWEEP akan menggunakan pin #9 dari Arduino untuk mengirim sinyal kontrol, jadi hubungkan ini ke kabel kuning (kontrol) Motor Servo.
• OPSIONAL – Anda dapat menempatkan Kepala Animatronik pilihan Anda dan alasnya di atas motor servo sebelum mengujinya. Harap berhati-hati karena pemasangannya tidak sempurna dan bagian plastiknya pecah.
• Anda harus dapat menerapkan daya USB ke Arduino dan program SWEEP akan berjalan, menyebabkan motor servo bergerak maju mundur.

Langkah C - Memodifikasi program SWEEP

• Sebelum Anda menggunakan atau mengedit file ini, harap "Simpan Sebagai" nama file yang berbeda (bisa nama Anda, atau apa pun yang Anda pilih). Anda mungkin sudah melakukannya di langkah A. Untuk setiap bagian di bawah ini, catat pengamatan Anda serta perubahan apa pun yang Anda buat pada kode.
• Dengan menggunakan stopwatch, ukur berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menyapu sepanjang jalan dan kembali _
• Anda akan membuat perubahan pada perangkat lunak (terkadang disebut "kode" atau "sketsa")
• Ubah kedua nilai "Tunda" dari 15 ke angka lain yang lebih besar (pilih kelipatan 15 untuk memudahkan perhitungan). Nilai apa yang Anda gunakan? _. Menurut Anda apa waktu SWEEP yang baru? _. Ukur waktu SWEEP yang baru dan catat setiap perbedaan _.
• Ubah Penundaan kembali ke 15, dan sekarang ubah sudut posisi dari 180 menjadi hanya 90 (kedua nilai tersebut). Berapakah rentang gerak baru motor servo (90 derajat, atau lebih atau kurang?) _.
• Meninggalkan rentang gerak hingga 90 derajat, turunkan "Tunda" ke angka kurang dari 15. Seberapa kecil angka yang dapat Anda tuju sebelum servo mulai berperilaku tidak menentu atau tidak lagi menyelesaikan seluruh rentang gerak? _

Setelah menyelesaikan langkah-langkah ini, Anda akan memiliki semua pengukuran dan latihan yang Anda perlukan untuk siap menggunakan motor servo Anda untuk mengontrol berbagai gerakan animatronik bolak-balik berulang, di mana saja dari sudut kecil hingga 180 derajat, dan juga pada berbagai kecepatan yang Anda kendalikan.

Langkah 5: Gerakan Terkendali Jarak Jauh

Alih-alih mengulangi gerakan yang sama berulang-ulang sepanjang hari, dalam langkah ini kita akan mengontrol posisi boneka animatronik kita "C3PO" dari jarak jauh untuk melihat ke kiri dan ke kanan dan posisi apa pun di antaranya. Karena manusia yang melakukan kontrol, kami menyebutnya kontrol "loop terbuka".

Dengan kontrol loop terbuka, Anda mengontrol posisi yang tepat dari motor servo. Kami akan membutuhkan kenop untuk Anda putar, dan kami akan menggunakan potensiometer biru untuk ini.

• Kita akan membutuhkan tempat lain di papan tempat memotong roti yang memiliki volt +5 dan 0 (Pembumian). Jalankan kabel jumper ini untuk memisahkan baris pada papan tempat memotong roti, dan buat mereka satu baris terpisah satu sama lain, untuk sejajar dengan pin luar potensiometer yang akan kita tambahkan sebentar lagi.
• Sekarang tambahkan Potensiometer. Sebelum mendorong pin potensiometer ke papan tempat memotong roti, pastikan ketiganya sejajar dengan lubang yang benar, lalu dorong pin lurus ke bawah agar tidak bengkok. Pin tengah potensiometer akan dihubungkan ke Analog Input nol (A0) pada Arduino. Kawat tambahan ditambahkan untuk melakukan itu.
• Untuk membaca tegangan dari potensiometer, dan menggunakannya untuk mengontrol motor servo, kita akan menggunakan perangkat lunak “KNOB”, juga ditemukan di File -> Contoh -> Servo. Jalankan program, putar kenop, dan rekam apa yang Anda amati.

Secara alami, Anda dapat menjalankan beberapa kabel yang sangat panjang sehingga kenop kontrol berada di ruangan yang berbeda dari boneka animatronik, atau Anda dapat berada dalam jarak yang cukup dekat (misalnya, dari bidikan kamera jika Anda sedang membuat film).

Langkah 6: Gerakan yang Dipicu (menggunakan Sensor)

Terkadang Anda ingin boneka Anda bergerak tiba-tiba - terutama untuk lelucon Halloween yang menakutkan atau untuk menarik lebih banyak perhatian. Pada langkah ini, kita akan mengkonfigurasi ulang boneka kita "Easter Island Head" untuk dengan cepat berbalik dan menghadap siapa pun yang lewat dan memberikan bayangan pada sensor cahaya.

Dalam hal Kontrol Sensor Motor Servo, kita akan menggunakan sensor cahaya yang akan mengontrol posisi yang tepat dari motor servo. Semakin gelap bayangan yang dilemparkan pada sensor (dan mungkin semakin dekat orang tersebut berjalan ke boneka) semakin cepat dan semakin jauh boneka itu memutar kepalanya.

• Kami akan menghapus potensiometer dan menggantinya dengan rangkaian setara dua resistor. Dalam hal ini, salah satu dari dua resistor (R2) akan menjadi sensor cahaya.
• Untuk memberi kami ruang, kami menyebarkan lumper +5V (kiri) dan 0V Ground (kanan) sehingga kami dapat menambahkan resistor 10K Ohm dan Sensor Cahaya, yang terhubung di tengah di baris yang sama dengan kabel jumper yang mengarah ke Input Analog nol (A0) pada papan Arduino.
• Gunakan bayangan tangan Anda untuk mengaburkan sensor cahaya, dan gunakan cara lain untuk membuat sensor cahaya mendapatkan cahaya sebanyak dan sesedikit mungkin. Apakah Anda bisa mendapatkan rentang gerak 180 derajat penuh?

Sama seperti dalam versi remote control, Anda dapat menempatkan resistor foto pada jarak yang cukup jauh dari boneka animatronik Anda, dan Anda dapat mengubah nilai resistor, atau pemrograman perangkat lunak untuk mengubah reaksi boneka.

Langkah 7: Sekarang Anda Cobalah

Sekarang Anda telah menguasai tiga jenis dasar gerakan animatronik yang dapat Anda buat dengan satu motor servo.

- Gerakan berulang

- Gerakan yang dikendalikan dari jarak jauh

- Gerakan yang dipicu menggunakan sensor

Anda dapat membawa ini ke tingkat berikutnya dengan menggunakan berbagai jenis boneka, gerakan, kontrol, dan tentu saja, seni yang hanya dapat Anda ciptakan!