Bangun Kepala Robot Berbicara yang didukung Arduino!: 26 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:59

Kepala robot ini awalnya dibuat sebagai proyek akhir tahun untuk kelas komputasi fisik saya, tetapi selama musim panas ia telah "belajar" cara berbicara. Kepala ini didukung oleh dua Freeduinos, 3 chip TLC5940NT dan Perisai Gelombang Adafruit Industries yang dapat ditemukan di sini: www.ladyada.net/make/waveshield/. Head saat ini terhubung ke komputer dengan dua kabel USB, satu untuk daya, satu untuk mengirimkan perintah serial tentang apa yang harus dikatakan/diemosikan. Setelah kepala menerima perintah yang diketik tentang apa yang harus dikatakan / dikeluarkan, ia memutar ulang file kata individu untuk membuat kalimat atau beberapa kalimat. Itu juga mengubah emosinya sesuai dengan perintah emosional yang dikirim dari komputer. Kepala robot ini adalah dasar untuk banyak kemungkinan aplikasi karena dapat mengatakan apa saja yang memiliki kosakata. Saat ini saya sedang bekerja untuk menghubungkannya ke internet dan membuatnya memeriksa dan membaca email saya melalui skrip PHP. Saya akan memperbarui Instructable ini seiring dengan kemajuan saya. Berikut adalah video aksinya: Kepala masih merupakan proyek yang sedang berlangsung sehingga setiap komentar tentang apa pun di sini sangat diterima! Terima kasih khusus kepada Liz Arum karena telah membantu saya dengan semuanya! Pembaruan: Karena permintaan populer, sekarang saya telah menambahkan video robot berbicara dan mengekspresikan dirinya! Nikmati di waktu luang Anda!

Langkah 1: Kompilasi Semua Bahan/bagian/elektronik

Kepala robot ini menggunakan: 1 Breadboard (Panjangnya harus lebih dari 48 baris dengan celah di tengah papan untuk menghubungkan chip IC. Bus listrik dan ground yang berjalan di sepanjang sisi papan tempat memotong roti juga merupakan kebutuhan.) 2 Led RGB (Untuk mata warna-warni) Common Anode. $1,50 - 1,95 masing-masing. 2 X $1,75 = $3,5036 Red Leds (Untuk mulut) di sekitar kisaran harga 40-50 sen untuk masing-masing. 36 X $.45 = $16.202 HXT900 Micro Servos (Untuk menggerakkan alis) Dapat ditemukan di: https://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=662 2 X $3.65 = $7.303 TLC5940NT's (Untuk drive/nyalakan semua Led dan kendalikan servos) dapat ditemukan di Digi-key https://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=296-17732-5-ND di mana harganya di $4,28. 3 X $4,28 = $12,84atau Mouser https://www.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/TLC5940NT/?qs=sGAEpiMZZMu8%252bGBKj8XSFEjwsgnt5grMZ49G/W4nR14%3d3 Kapasitor (~1000uf) (untuk menyetrika servos) Diselamatkan dari catu daya komputer lama. Free2 Asli Freeduinos atau Arduinos. Freeduino dapat dibeli di https://www.freeduino.org/buy.html Harganya masing-masing 23,99. 2 X $23,99 = $47,98Atau www.sparkfun.com/commerce/product_info.php untuk Arduino. Harga masing-masing $29,95. 2 X $29,95 = $59,90. Peringatan: Freeduinos memerlukan pengetahuan tentang penyolderan, jika Anda tidak ingin menyolder papan Anda, belilah Arduino. Peringatan: Instruksi ini memerlukan pengetahuan menyolder, jadi mengapa tidak mulai sekarang?:)1 Waveshield dari Adafruit Industries (Untuk memungkinkan robot berbicara) Dapat dibeli di: https://www.ladyada.net/make/waveshield/ Harga masing-masing $22. Perkiraan total biaya semua suku cadang berteknologi tinggi (tidak termasuk pengiriman) jika Anda membeli Freeduinos bukan Arduinos adalah…. $109,82!Total biaya semua suku cadang berteknologi tinggi jika Anda membeli Arduino, bukan Freeduinos adalah…. $121.74!Dan untuk bahan berteknologi rendah yang Anda perlukan:Kotak kardus dengan ukuran yang sama dengan ukuran kepala Anda. Sepotong kecil kartonPitaLemKabel yang kompatibel dengan papan tempat memotong roti (22 pengukur, padat)Kawat untuk mengikat barang ke barang lainSebuah balok kecil dari kayu Bor listrik. Heat Shrink tubing untuk mengisolasi kabel yang terbuka dan sesuatu yang meniupkan udara panas untuk mengecilkannya dengan (Hot air gun)Box cutter.

Langkah 2: Pasang dan Solder Semua Papan Sirkuit dan Perisai

Solder Freeduinos (seperti yang saya lakukan), Atau abaikan baris ini jika Anda membeli Arduino. Berikut adalah tautan ke instruksi perakitan mereka untuk semua orang yang membeli Freeduinos: mcukits.com/2009/03/12/assembling-the-freeduino-board-kit/Solder the Waveshields. Lady Ada memiliki panduan yang sangat bagus tentang cara melakukan ini di situs webnya di https://www.ladyada.net/make/waveshield/solder.htmlCatatan: Selain menyolder bersama Waveshield seperti yang dijelaskan. Tambahkan kabel panjang yang disolder ke resistor R7 di sisi yang paling dekat dengan chip amplifier. Ini akan terhubung ke Input Analog 1 pada Freeduino yang mengontrol LED dari kepala robot. (Jangan khawatir tentang di mana harus menancapkan ujung kabel yang lain untuk saat ini, itu akan dijelaskan secara rinci nanti.) Lihat gambar untuk klarifikasi di mana untuk menyolder kawat.

Langkah 3: Desain Kepala Robot

Ambil kotak kardus yang Anda pilih sebagai kepala Anda dan tandai tempat-tempat yang ingin Anda potong untuk mata dan mulutnya dengan memotong kertas dan meletakkannya di atas kotak Anda. Bila Anda senang dengan pengaturannya, Anda dapat beralih ke pemotongan barang.

Langkah 4: Rancang Kepala Robot Anda: Memotong Mata

Rekatkan atau tandai potongan-potongan tersebut ke posisi akhirnya pada kotak dan guntinglah. (Simpan selembar kertas yang Anda gunakan untuk mewakili mulut, Anda akan membutuhkannya nanti.)

Langkah 5: Rancang Kepala Robot Anda: Membuat Matriks LED untuk Mulut

Setiap LED di mulut akan menyala secara independen. Untuk melakukan itu, Anda perlu membuat matriks LED untuk mulut. (Untuk gambaran tentang apa itu matriks LED, lihat gambar 1) Ambil selembar kertas yang seharusnya menjadi mulutnya dan, dengan pensil dan penggaris, Bagilah kertas itu menjadi 36 bagian (9 X 4), Satu untuk setiap LED di grid. Setelah Anda melakukannya, rekatkan selembar kertas ke sepotong kayu dan berhati-hatilah agar tidak mengebor lantai (Ini terjadi pada saya, jadi saya sarankan mengebor di atas kotak kardus.) Bor lubang di mana garis berpotongan dengan mata bor 1/4 inci, sehingga LED Anda pas. Ukuran mata bor jelas tergantung pada ukuran LED Anda, jadi gunakan mata bor yang lebih kecil untuk LED yang lebih kecil. (Mulailah dari yang kecil dan tingkatkan!) Lihat gambar 2&3 untuk klarifikasi tentang pengeboran/penandaan.

Langkah 6: Membuat Matriks LED Mulut: Menyolder di LED

Sebelum melakukan hal lain, periksa apakah semua LED Anda tidak terbakar atau redup. Anda dapat melakukan ini dengan menemukan baterai tombol 3V kecil dan memegang kaki LED ke baterai (Ingat kaki panjang positif, negatif pendek). Selanjutnya masukkan LED satu baris pada satu waktu ke jig grid Anda dibor. Lipat kaki panjang sehingga sejajar satu sama lain dan solder, baris demi baris (Lihat gambar 2 & 3). Solder bersama-sama kaki panjang karena Anda akan menggunakan TLC untuk mengontrol LED ini, dan TLC adalah power sink. Ini berarti bahwa mereka mengontrol LED dengan mengubah perbedaan tegangan antara daya dan ground.

Langkah 7: Membuat Matriks LED Mulut: Menyolder Kabel Kontrol Ke LED

Solder kabel panjang yang bisa masuk ke papan tempat memotong roti (22 gauge) ke semua kabel katoda LED. Kabel ini akan mengontrol LED. Setelah itu pastikan untuk mengisolasi semua kabel individu dengan pita listrik (tidak menyenangkan) atau tabung panas menyusut (disarankan). Selain menyolder kabel ke semua kabel katoda LED, solder 2 atau 3 kabel ke bagian Anoda dari grid (Bagian yang semuanya disolder bersama). Kabel ini akan berfungsi sebagai pemasok daya yang mendistribusikan daya ke seluruh jaringan. Mereka akan terhubung ke 5V.

Langkah 8: Pasang Servo Penggerak Alis Di Dalam Kepala Robot

Sebelum memasang mini-servo Anda di dalam kepala robot Anda, rekatkan kawat panjang yang kuat (Tapi masih bisa ditekuk) ke lengan servo. Kawat ini akan naik ke bagian dalam robot Anda, keluar dari atas dan merayap kembali ke bawah untuk menggerakkan alis. (Lihat gambar untuk klarifikasi.) Ambil mini-servo Anda (dengan kabel terpasang) dan lem panas ke bagian dalam kepala robot Anda, tepat di bawah mata, pastikan kabel dapat bergerak dari sisi ke sisi.

Langkah 9: Pasang Grid Di Dalam Kepala Robot

Rekatkan kisi-kisi ke selembar karton yang telah Anda bor lubangnya dan rekatkan ke bagian dalam kepala robot.

Langkah 10: Solder LED RGB

Solder kabel LED Common Anode RGB ke kabel yang panjang. Kemudian solder kabel berwarna (merah, hijau, biru) ke kabel LED RGB yang sesuai dengannya (Warna masing-masing kabel dapat diketahui dengan menggunakan baterai tombol 3V untuk menyalakan setiap kabel LED secara bergantian). Jangan lupa untuk mengisolasi kabel!

Langkah 11: Pasang LED RGB Di Dalam Kepala Robot

Pasang LED di dalam kepala robot dengan meletakkannya di tempat yang Anda inginkan, lalu lipat dan rekatkan kabel ke bagian dalam kotak. Menempatkan sedotan di bawah LED juga membantu menjaganya tetap di tempatnya. (Lihat gambar untuk klarifikasi)

Langkah 12: Selesai Membuat Mata

Rekatkan selembar kertas persegi yang sedikit lebih besar dari lubang yang telah Anda gunting. Rekatkan di atas lubang untuk menutupi lubang dan LED di belakangnya. Anda mungkin juga ingin menempelkan beberapa lembar tisu ke bagian dalam lubang mata untuk menyebarkan cahaya yang berasal dari LED.

Langkah 13: Pasang Chip TLC5940NT

Dalam langkah ini Anda harus merangkai 3 TLC5940NTs bersama-sama untuk menggerakkan total 42 output LED (36 untuk mulut, 6 untuk mata warna-warni). Orang-orang di taman bermain Arduino memiliki panduan hookup yang terdokumentasi dengan sangat baik tentang cara daisy rantai 3 TLC5940NTs bersama-sama. Ini dia dalam bentuk kompresi: Pin Arduino 13 -> SCLK (pin TLC 25) Pin Arduino 11 -> SIN (pin TLC26) Pin Arduino 10 -> Blank (pin TLC 23) Pin Arduino 9 -> XLAT (pin TLC 24) Arduino pin 3 -> GSCLK (TLC pin 18) --------------U------------LED Out 1 | 1 28 | LED Keluar 0LED Keluar 2 | 2 27 | GNDLED Keluar 3 | 3 26 | SIN (Pin Ard 11.)LED Keluar 4 | 4 25 | SCLK (Ard pin 13)… | 5 24 | XLAT (pin Ard 9)… | 6 23 | BLANK (Ard pin 10)… | 7 22 | GND… | 8 21 | VCC (5V)… | 9 20 | Resistor 2K ke Ground… | 10 19 | 5V… | 11 18 | GSCLK (Ard pin 3)… | 12 17 | SOUT (Terhubung ke SIN TLC berikutnya di Daisychain)… | 13 16 | XERR Keluar 14 | 14 15 | LED Out 15 ----------------------------- Catatan: kami adalah Daisychaining 3 TLC sehingga SIN dari TLC pertama terhubung ke Arduino pin 11. TLC lainnya memiliki SIN yang terhubung ke SOUT dari TLC sebelumnya. Semua KOSONG terhubung satu sama lain (KOSONG dari TLC1 terhubung ke KOSONG dari TLC2 dll…)Semua XLAT terhubung. SCLK terhubung. Semua GSCLK terhubung. Semua XERR terhubung. Juga pasang 2 atau 3 kapasitor Elektrolit ke Ground dan Power papan tempat memotong roti (Negatif pada kapasitor menuju Ground, Positif ke 5V). Jumlah muatan yang dimilikinya tidak begitu penting tetapi harus diberi peringkat untuk 5V atau lebih tinggi. Kapasitor ini akan bertindak sebagai filter, menyaring semua ketidaksempurnaan (kebisingan) dalam suplai tegangan yang dihasilkan TLC. Ini penting karena Waveshield yang akan kita gunakan berbagi ground yang sama dengan TLC dan BENAR-BENAR tidak menyukai suara listrik (itu membuat suara klik yang aneh).

Langkah 14: Pasang LED ke TLC

Hubungkan semua LED ke TLC, baris demi baris, dimulai dengan yang ada di sudut kiri atas dan pindah ke LED langsung di sebelah kanan. Berikut adalah kisi dari semua pin out LED TLC yang disertakan untuk kenyamanan Anda. Lihat gambar untuk klarifikasi. Mulut: 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 Sekarang juga saat yang tepat untuk memasang mata LED RGB Anda ke TLC jadi inilah pin outnya…Mata LED RGB: Kiri: RGB Kanan: RGB 36 40 38 37 41 39Jangan lupa untuk mencolokkan kabel daya universal untuk The Grid dan LED RGB ke 5V!

Langkah 15: Hubungkan Servo ke TLC

Hubungkan Power dan Ground servos ke Power dan Ground pada papan tempat memotong roti Anda. Hubungkan kabel kontrol servo Kiri (Kiri Anda saat menghadap robot.) ke pin 43 (Ingat mulai dari nol.) dan servo Kanan ke pin 44. Anda perlu menghubungkan resistor 3,3K ohm dari kedua pin tersebut ke 5V karena TLC adalah penyerap daya dan membutuhkan daya untuk tenggelam.

Langkah 16: Anda Sekarang Memasuki Tanah Perangkat Lunak dan Kode! (kebanyakan)

Tolong jangan masuk tanpa izin…

Langkah 17: Unduh Perpustakaan TLC

Perpustakaan TLC terbaru untuk Arduino dapat ditemukan di halaman kode Google mereka di: code.google.com/p/tlc5940arduino/. Unduh perpustakaan terbaru dan masukkan folder "Tlc5940" yang tidak di-zip ke [folder versi Arduino terbaru]/hardware/ perpustakaan/

Langkah 18: Uji TLC

Muat sketsa tes ekspresi serial saya yang dapat Anda unduh di bawah ini. Muat ke Freeduino dan ketik beberapa perintah ke dalam serial monitor untuk menguji apakah semuanya berfungsi. Berikut adalah daftar perintahnya:behappybesadbemadfullmouthlinemouthoffmouthoffeyesbluegreeneyesredeyesblueeyesopenmouthtalkmouth (Itu tidak berbicara, tetapi membuat gerakan mulut)

Langkah 19: Unduh Perpustakaan Waveshield yang Ditingkatkan, Berkapasitas Tinggi (Agak)

Unduh waveshield Adafruit baru yang ditingkatkan dari kode Google (Terima kasih Tuan Fat16 telah membuat perpustakaan yang ditingkatkan ini): code.google.com/p/wavehc/ Sekali lagi tempelkan folder yang tidak di-zip di folder hardware/libraries/.

Langkah 20: Format dan Muat Kartu SD Anda

Masukkan kartu SD Anda ke komputer Anda dan format menggunakan jenis file FAT atau FAT16. BUKAN FAT32! Kemudian muat kartu SD Anda dengan file ucapan dari situs teks ke ucapan AT&T yang bagus www.research.att.com/~ttsweb/tts/demo.php#top Ganti nama file dengan nama kata yang diucapkan dalam file dan potong nama file itu menjadi sesuatu yang berisi 6 huruf atau kurang. (Waveshield hanya dapat menangani file yang nama filenya 6 karakter atau kurang.) Mis. Jika Anda mengunduh file untuk "Instructables.com" -> beri nama instrc.wavIf hello -> hello.wav

Langkah 21: Uji Waveshield Anda

Unduh dan jalankan sketsa uji Waveshield serial saya. Anda harus dapat melalui terminal serial, mengetik kalimat dan membuat Waveshield memainkannya (Selama memiliki file.wav yang dibutuhkan). Ini akan mengambil kata pertama, menambahkan ".wav" dan memainkannya sebelum pindah ke yang kedua. Ex.you ketik: Halo nama saya Bob Ini akan bermain:hello.wavmy.wavname.wavis.wavbob.wav Catatan: Uji Waveshield di Freeduino lainnya (yang tidak terhubung ke TLC) karena Waveshield dan TLC menggunakan pin13, 12, 11 dan 10 (pada Freeduino). Ini karena pin ini memiliki dukungan perangkat keras untuk antarmuka yang disebut Serial Peripheral Interface (SPI) yang dibutuhkan oleh TLC dan Waveshield. Pin ini tidak dapat dibagi di antara mereka sehingga kita harus menghubungkan dua Freeduinos bersama-sama menggunakan antarmuka I2C sehingga mereka dapat meneruskan informasi di antara mereka. Lebih lanjut tentang ini di langkah 22.

Langkah 22: Hubungkan Antarmuka I2C Antara Kedua Freeduinos

Tunggu… Mengapa kita perlu memasang antarmuka I2C antara dua Freeduino? Mengapa kita tidak menyambungkan Waveshield dan TLC ke dalam satu Freeduino? Inilah alasannya: Baik Waveshield maupun TLC menggunakan pin 13, 12, 11 dan 10 pada Freeduino. Alasan untuk ini adalah bahwa pin ini memiliki dukungan perangkat keras untuk antarmuka yang disebut Serial Peripheral Interface (SPI) yang dibutuhkan dan tidak dapat dibagikan oleh TLC dan Waveshield. Ini berarti bahwa kita harus menghubungkan dua Freeduino bersama-sama menggunakan semacam koneksi data sehingga keduanya bekerja bersama-sama. Serial bukanlah pilihan karena komputer saya sudah menggunakannya untuk berkomunikasi dengan Waveshield Freeduino, jadi setelah beberapa kali googling yang intens, saya menemukan metode komunikasi yang sangat nyaman dan sederhana. I2C! Berikut adalah cara memasang antarmuka: Hubungkan pin Input Analog 4 pada kedua Freeduinos (Ini adalah SDA atau Serial Data Line.) Hubungkan pin Input Analog 5 pada kedua Freeduinos (Ini adalah SCL atau Serial Clock Line.) Hubungkan Ground pada kedua Freeduino (Jika tidak, antarmuka I2C tidak akan berfungsi.) Hubungkan kabel yang Anda solder di awal Instruksi ini dari resistor R7 pada Waveshield ke Pin Input Analog 1 pada TLC yang mengontrol Freeduino (Kabel ini untuk memeriksa volume kata-kata yang diucapkan oleh Waveshield dan bukan merupakan bagian dari antarmuka I2C). (Lihat gambar untuk klarifikasi)

Langkah 23: Aktifkan I2C di TLC Mengontrol Freeduino

Aktifkan I2C di Freeduino yang Anda gunakan untuk mengontrol TLC dengan mengunduh sketsa ini. Ini akan menerima informasi tentang ekspresi dari Waveshield dan juga akan memeriksa volume keluaran suara pada Waveshield Freeduino dan akan menggerakkan mulut untuk mensimulasikan pembicaraan tergantung pada volume kata yang diucapkan. Definisi I2C: I2C juga dikenal sebagai TWI (Antarmuka Dua Kawat) ini adalah cara sederhana untuk menghubungkan beberapa perangkat bersama-sama (hingga 128!) Dengan dua kabel data dan landasan yang sama. Pembaruan: Saya telah menambahkan fitur berkedip ke Arduino Sketch. Robot sekarang akan berkedip pada interval 2-11 detik, seperti manusia.

Langkah 24: Uji Antarmuka I2C

Unduh sketsa ini dan muat ke dalam Waveshield Freeduino, ia mengirimkan kata-kata "bahagia;" dan kemudian "sayang;" melalui antarmuka I2C ke TLC yang mengendalikan Freeduino pada interval dua detik, semoga membuat robot berubah dari senang menjadi sedih pada interval dua detik.

Langkah 25: Anda Hampir Selesai! Hanya Beberapa Kode untuk Dimuat…

Muat versi terakhir dari kode Waveshield Freeduino. Ini harus mengambil kata apa pun yang Anda ketik ke monitor serial dan mengucapkannya (asalkan memiliki file.wav untuk melakukannya) dan harus melewati perintah ekspresi seperti "behappy;" dan "bersabarlah;" ke Freeduino yang mengontrol TLC melalui antarmuka I2C. Catatan: Daftar perintah sama untuk kode uji TLC sebelumnya (Lihat langkah 17) kecuali bahwa Anda harus menambahkan titik koma ke setiap perintah ekspresi. EX. Jika Anda ingin robot sedih dan mengatakan "Saya merasa sedih", ketik:besad; Saya merasa sedih. Pembaruan: Sketsa Waveshield sekarang menggunakan tanda baca dengan benar (yaitu titik dan koma tetapi perhatikan tanda seru).

Langkah 26: Pasang Semuanya di Kotak Kepala Robot dan Selesai

Pasang semua Freeduinos ke bagian belakang kotak dengan kabel. Tutup penutup atas kotak dengan kabel dan selesai! Sekarang kalau saja itu bisa memeriksa email saya. Hmmmm……. Terima kasih telah membaca Instruksi ini! Komentar selalu diterima tentang apa pun!

Hadiah Kedua dalam Kontes Arduino