请叫我R2

来源 :微型计算机·Geek | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoujiayan
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  好吧,《Geek》不得不承认这标题有拉拢“星战迷”的嫌疑。作为广受人民群众喜爱的角色,这位地球人的老朋友,坚强的共和国战士,已几乎家喻户晓,连最近随发现号升空的太空机器人也Copy了这个名字“Robonaut 2”。今天我们要用史上最讨人喜爱的谷歌安卓玩偶来COSPLAY这位勇敢、可爱的机器人。
  
  在正式动手之前,俺们先来展示一下这小家伙具备的才艺。
  才艺一:声控激活。轻拍Td、脑袋,或者打个响指,小家伙就会被激活,左右转动脑袋,并伴有纯正的机械伺服声,还会声光传情呢!
  才艺二:流光溢彩。R2会用脑袋上的信号灯来交流和发送信息,偶们的这个安卓机器人也拥有光彩熠熠的眼神,小身板还可以进行欢乐的光影展示!
  才艺三:莫尔斯码交流。安卓机器人在声控激活后能发出与“阿杜”类似的“哔哔”音哟!这“哔哔”音可不是单调滴,它是随机莫尔斯码,如果你会译码,就能知道它在说什么了。
  
  它是怎么办到的?
  
  想必大部分Geek会对这个小机器人如何工作怀揣好奇心,当在喜爱的MM面前展示这款作品时,附带上一些专业的解说更能获得崇拜的目光。现在,我们为这帮资深Geek进行一个简单的原理讲解(呃…无电路常识用户会有点头大),并允许提问。
  这小家伙的核心是一块ATtiny44A微处理芯片,话筒拾取环境声音进行放大后,送人ATtiny44A的模拟/数字转换电路(ADC),芯片会设置一个灵敏度阀值,当检测到输入信号高于这个阀值时,ATtjny44A输出被激活。它会在与伺服电机相连的管脚上送出一个定时50Hz脉宽调制电压(PWM),驱动电机左右旋转,我们会看到机器人头部左右摆动;同时与LED相连的部分也会输出编制好效果的脉宽电流,进行光影演示。伺服电机停止工作后,莫尔斯码电路开始输出随机码,通过压电陶瓷驱动发声,你就会听到“哔哔”的音效,整个一个循环完成,机器人会等到下一次激活。
  需要特别提到的一点,伺服电机的脉宽电压通过ATtiny44A调节输出,请注意你购买的伺服电机上的参数说明,如果不是这个参数,记得修改程序后重新编译,不匹配的脉宽电压可能破坏伺服电机。
  
  你需要什么?
  
  动手之前,你要准备以下器材:
  1、安卓玩偶一只,请选择浅色调版,诸如黑色等深色调机身由于透光性不佳,成品效果会差很多;
  2、ATtiny44A集成电路芯片和对应的双列直插式(14脚DIL)管座各一枚,各大电子元件零售店有售:
  3、微型伺服电机一只,型号为SG90(塑料头)或者MG90S(金属头);
  4、微型麦克风一枚,型号诸如cM c,5042PF-AC等,体积尽量小即可:5被动式压电陶瓷扬声器一枚,注意别买成蜂鸣器;
  6、蓝色平顶广视角5mm LED两只:
  7、红、绿、黄高亮5mm LED各一只;
  8、NPN晶体管一枚,型号2N3904或类似参数也可;
  9、100nF陶瓷电容器三只;
  10、色环电阻若干:10千瓦与100千瓦各两只:150瓦3只:2.2千瓦两只(用于与蓝色LED搭配,具体数值要视所购买的LED而定);
  11、标准USB充电器一个(SV输出)。哦吧!基本材料齐备了,此外还需要导线若干,热熔胶、刀片、改锥和锯条等工具。当然,对于爱折腾的Geek,这些都是常备用具了。
  
  Step1 焊接电路元件
  
  元件的连接请参阅我们给出的电路图,关于识图,上过初中的童鞋应该都有这能力了吧?不会的打板子,或者买两只棒棒糖去请个中学生帮你。需要特别强调的是,请准备两小块万用电路板(电子零售店有售),将集成芯片处理器和话筒放大电路分别放在两块电路板上(如图中所示),这样比较容易塞进安卓机器人的体内。为了便于给集成电路编程,我们使用了管座,方便拔插。LED的分压电阻直接焊接在LED的管脚上,以尽量节省空间。从集成处理器芯片引线时用有颜色的导线区分正负极是一个良好的习惯,可最大程度减少错误和故障。
  
  Step2 肢解安卓玩偶
  
  这听起来有些血腥,但操作上和小时候破坏玩具差不多。安卓玩偶不是一体成型构造,可以拆分成独立的三部分:头、肩和躯干,不过你得找到卡扣的位置。图中的这种机器人的弱点在项圈的平口位置。用改锥小心地探测,轻轻撬开,然后取下与手臂相连的肩部。很完美,不会破坏任何外形。
  Step3 义体改造
  
  现在需要上美工刀、老虎钳了。首先裁掉玩偶头部扣住机身的多余部分,便于与伺服电机连接,进行灵活的转动。然后抠掉肩部组件内的所有多余材质,保持与机器人躯干空间相通,用于放置电机和电路组件。
  
  Step4 连接伺服适配器
  
  伺服电机带有一套连接适配器,现在要想办法让安卓机器人的头部可以良好地与电机相连。将适配器的轴心与机器人头部中心重合,然后用笔在圆形的安卓机器人颈部画出中线位置,开槽,让适配器可以牢牢地卡在槽中。
  
  Step5 伺服电机改造
  
  用美工刀Cut掉伺服电机两边的定位和固定支架(这玩意会阻碍将电机放人机器人躯干里)。在机器人躯干底部涂上热熔胶,然后将伺服电机小心地粘接固定在机器人躯干内。这是技术活儿,要求伺服电机的转轴位置正好居于中心位置,对几何中心没有概念或者手指容易鸡冻的童鞋请雇请勇敢心细的妹子代劳。即便第一次定位失败也不用沮丧,热熔胶很容易清除干净,你可以在打扫完毕后,Agoin!根据测试,MG90S伺服电机无论是高度还是尺寸都比SG90更合适些,所以尽量选前者吧。
  Step6 装配电路
  
  将两块分列的电路板分别塞在伺服电机的两侧(现在你知道为什么我们要煞费苦心地做成两部分了),三只彩色LED灯用热熔胶粘接在小机器人体内,位置当然是朝向正面。两只蓝色的LED从头内部粘在眼睛的位置。确认所有的引线捆扎和绝缘良好,不会造成短路或已经断开。
  电源线从机器人其中一只脚穿入到内部,请选择柔软和较细的线材,这样机器人可以获得更好的站立稳定性。此外,你还需要在机身话筒和扬声器的位置扎上几个小孔,以获得良好的声控和音效体验。
  
  Step7 软件编程
  
  咱们这只R2可不是一个简单的玩具,通过对ATinv44A编程,可以获得各种动作和声光效果——它是可升级的。从管座上取下ATinv44A芯片,在外部通过编程器写入程序,装回R2后,即可获得一个全新的角色。我们已经在《Geek》官方论坛上为诸位提供了程序代码,你可以自己购买AVR编程器写入,找人代劳也不费时。
  接上电源,跟咱们的R2打个招呼吧!
  
  答疑时间
  
  路人甲:请问,我需要用什么样的声音来激活它?叫它“阿杜”么?
  《Geek》:完全可以!事实上并没有语音命令这种高级货,你只要发出足够强度的声响即可,比如敲一下它的头,拍掌、咳嗽一声也行。
  宋兵乙:怎么保持机器人不会被误触发?比如,伺服电机是十分灵敏的,芯片的轻微输出抖动可以造成电机的微量步进,但这会产生步进噪声,被麦克风检测到又会触发芯片激活,出现误触发。
  《Geek》:看得出这位是技术控。嗯,其实我们用的方法很简单,就是在等待激发期间关闭伺服电机的脉;中调制器,这样既节能,又保证了不会有任何抖动电流输出至伺服电机。而声音检测装置只有在安卓机器人静下来之后才会启用,在激发过程中,即便你叫破了喉咙它也不会理的。
  
  演示到此结束,不过惊喜远没有完结,我们会不定期升级R2的系统,请诸位关注《Geek》,下一次升级可能会成为你追求幸福的道具哦!
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