أساسيات الرسوم المتحركة - محرك سيرفو: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

سواء أكان عرضًا مرحًا للعطلات في نافذة متجر متعدد الأقسام ، أو مزحة مخيفة لعيد الهالوين ، فلا شيء يجذب الانتباه مثل دمية متحركة.

تسمى هذه الرسوم المتحركة التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا أحيانًا "علم الحركة" وسيعلمك هذا التوجيه كيفية صنع النوع الأساسي ، الذي يتحكم فيه محرك مؤازر واحد.

سوف نستخدم متحكم Arduino كعقول ، وسنرى كيف يعمل مقياس الجهد ومؤازرة في الداخل ، كما يعلمك كيفية بناء ثلاث طرق تحكم مختلفة:

1 - تكرار الحركة باستمرار

2 - حركة بالريموت

3 - الحركة المشغلة (باستخدام مستشعر الضوء)

الخطوة 1: قائمة الأجزاء

ستحتاج إلى متحكم دقيق (يظهر في الصورة الأولى هو Arduino من https://adafru.it جنبًا إلى جنب مع مجموعة أجزاء الميزانية الخاصة بهم بإجمالي 30 دولارًا) ومحرك مؤازر (يظهر إصدار برج صغير في الصورة الثانية مع بعض أجزاء الموصل ، من نفس المتجر بسعر 12 دولارًا). ستحتاج أيضًا إلى مكثف صغير أو مصدر جهد أكثر قوة إذا كنت تقوم بتشغيل محركات مؤازرة متعددة (سيعمل شاحن جداري 9V لـ Arduino)

المتحكم الدقيق هو جهاز كمبيوتر كامل على شريحة واحدة. من الواضح أنه ليس بنفس قوة جهاز الكمبيوتر المنزلي ، فهو يحتوي على ذاكرة وصول عشوائي (RAM) قليلة جدًا ، ولا يوجد محرك أقراص ، ولا يحتوي على لوحة مفاتيح أو ماوس ، ولكنه رائع حقًا في التحكم في الأشياء (ومن هنا جاءت تسميته). ستجد واحدة من هذه الرقائق داخل العديد من العناصر اليومية مثل الغسالات وأجهزة الكمبيوتر التي تعمل بحاقن الوقود.

تضيف العلامة التجارية "Arduino" للميكروكونترولر بعض الدوائر الأخرى التي تربطها بالعالم الخارجي وتضعها على لوحة ملائمة.

لاحظ أنه في "مجموعة أجزاء الميزانية" يوجد عدد قليل من الأسلاك والمقاومات وأطوال LED وزوج أزرق من المقابض تسمى مقاييس فرق الجهد. المزيد حول مقاييس الجهد في الخطوة التالية.

أخيرًا ، ستحتاج إلى محرك مؤازر ، وهو يأتي مع بعض الموصلات الملولبة لإرفاقها بدميتك المتحركة. سنستخدم الموصل على شكل X في هذا الدرس.

الخطوة 2: مراجعة مقياس الجهد

مقياس الجهد هو في الأساس مقبض باهت - أو في مصطلحات الإلكترونيات - زوج من المقاومات المتغيرة. بتدوير المقبض ، تجعل أحد المقاومين أكبر والمقاوم الآخر أصغر.

في معظم الأوقات نستخدم مقياس الجهد (يسمى أحيانًا "وعاء") للتحكم في الجهد باستخدام مخطط الدائرة الموضح أعلاه.

تُظهر الصورة الموجودة في أقصى اليسار الوعاء الفعلي ، مع توصيل الأسلاك العلوية والسفلية بالجهد +5 والأرضي ، بينما يُخرج السلك الأوسط الجهد المطلوب. يُظهر الرسم التخطيطي الأوسط رمز وعاء ، ويظهر الرسم التخطيطي الأخير الدائرة المكافئة.

الصور مقدمة من Wikimedia.org

الخطوة 3: مراجعة محرك سيرفو

يتكون المحرك المؤازر من أربعة أجزاء رئيسية.

1. محرك يمكن أن يدور للأمام وللخلف ، عادة بسرعة عالية وعزم دوران.

2. نظام الكشف عن الموقع ، والذي يمكنه معرفة الزاوية الحالية لمحرك المؤازرة

3. نظام تروس يمكنه أن يأخذ العديد من الدورات للمحرك ويحولها إلى حركة زاوية صغيرة.

4. دائرة تحكم يمكنها تصحيح الخطأ بين الزاوية الفعلية وزاوية نقطة الضبط المرغوبة.

يظهر الجزءان 1 و 2 في الصورة الأولى. لاحظ أن الجزء 2 عبارة عن مقياس جهد.

يظهر الجزء 3 في الصورة الثانية.

يظهر الجزء 4 في الصورة الثالثة.

الخطوة 4: الحركة المتكررة

هنا سنجعل رأس الدمية "بندر" يتجه يسارًا ويمينًا ، ذهابًا وإيابًا ، طالما أن الطاقة موصولة من كابل USB. هذا أمر رائع لعرض عطلة ممتع تريد الاستمرار في التحرك طوال اليوم.

يأتي Arduino مزودًا ببيئة تطوير متكاملة (IDE) وهي طريقة رائعة للقول أنه يأتي مع تطبيق لجهاز الكمبيوتر الخاص بك يتيح لك إعطائه التعليمات (رمز Arduino IDE هو شكل جانبي 8). تظل هذه التعليمات مخزنة على اللوحة حتى إذا قمت بفصل الكمبيوتر ، وتبدأ في العمل مرة أخرى عند إعادة توصيل الطاقة بـ Arduino. في هذه الحالة ، سنستخدم البرنامج المسمى "Sweep" والذي يمكنك العثور عليه في أمثلة IDE تحت فئة "Servo".

بعد ذلك ، ستقوم بتوصيل المؤازرة بمكثف مستقر 5 فولت (سلك مؤازر أحمر إلى Arduino +5 ، سلك مؤازر بني إلى Arduino GND) وبإشارة التحكم (سلك مؤازر أصفر إلى Arduino ouput pin 9). رأس الدمية اختياري ؛-)

تفاصيل:

إذا كان ما سبق محيرًا بعض الشيء ، فإن التعليمات التفصيلية هي كما يلي:

الخطوة أ - برمجة اردوينو

• افتح Arduino IDE (يجب أن يكون رمز الشكل 8 على سطح المكتب الخاص بك)
• ضمن "الأدوات" ، تأكد من تعيين "اللوحة" على "Arduino / Genuino Uno".
• قم بتوصيل جهاز Arduino بالكمبيوتر باستخدام كابل USB
• تأكد من تكوين إعداد "المنفذ" ضمن "الأدوات" أيضًا لـ Arduino.
• ضمن "الملفات" ، حدد "مثال" يسمى "مسح" (يمكنك العثور عليه ضمن "الماكينات")
• قبل استخدام هذا الملف أو تعديله ، يرجى "حفظ باسم" باسم ملف مختلف (يمكن أن يكون اسمك أو أيًا كان ما تختاره). سيؤدي هذا إلى إبقاء الملف بدون تغيير للطالب التالي الذي يستخدم هذا الكمبيوتر.
• استخدم زر السهم (أو ضمن "Sketch" حدد "تحميل") لتحميل مخطط المسح إلى Arduino

الخطوة ب - توصيل محرك سيرفو بالمسح

في هذا الجزء ، سنقوم ببناء أشكال مختلفة من الدوائر الموضحة في https://learn.adafruit.com/adafruit-arduino-lesso … سنقوم بتوصيل الأسلاك الحمراء والبنية من Servo بـ +5 و GND من Ardiuno ، على التوالى. سنضع أيضًا مكثفًا لتسطيح الجهد عبر هذا الجهد ، وأخيرًا سنقوم بتوصيل السلك الأصفر من المؤازرة بدبوس الإخراج 9 في Arduino.

• افصل Arduino من منفذ USB عندما تقوم ببناء الدائرة.
• سنستخدم 5V والأرضي من لوحة Arduino ، لذا أحضرها إلى لوح التجارب باستخدام الأسلاك الحمراء والخضراء ، على التوالي.
• نظرًا لأن الطاقة يمكن أن تكون مهتزة قليلاً من منفذ USB (ليس الكثير من التيار ، وقد يتسبب محرك المؤازرة في إعادة ضبط لوحة Arduino بسبب التيار المنخفض) ، فسنضع مكثفًا عبر هذا الجهد ، مع التأكد من أن السلك المسمى "ناقص - "على جانب الأرض.
• الآن قم بتوصيل السلك الأحمر (+5) والبني (الأرضي) من المؤازرة باللوحة.
• التوصيل الكهربائي النهائي هو إشارة التحكم. سيستخدم برنامج SWEEP الدبوس رقم 9 من Arduino لإرسال إشارة التحكم ، لذلك قم بتوصيل هذا بالسلك الأصفر (التحكم) لمحرك المؤازرة.
• اختياري - يمكنك وضع رأس متحرك من اختيارك وقاعدته أعلى محرك سيرفو قبل اختباره. يرجى أن تكون لطيفًا لأن الملاءمة ليست مثالية وتتكسر الأجزاء البلاستيكية.
• يجب أن تكون قادرًا على تطبيق طاقة USB على Arduino ويجب أن يعمل برنامج SWEEP ، مما يتسبب في تحريك محرك سيرفو ذهابًا وإيابًا.

الخطوة ج - تعديل برنامج SWEEP

• قبل استخدام هذا الملف أو تعديله ، يرجى "حفظ باسم" باسم ملف مختلف (يمكن أن يكون اسمك أو أيًا كان ما تختاره). من المحتمل أنك قمت بهذا بالفعل في الخطوة (أ) لكل جزء من الأجزاء أدناه ، قم بتسجيل ملاحظاتك بالإضافة إلى أي تغييرات قمت بإجرائها على الكود.
• باستخدام ساعة توقيت ، قم بقياس المدة التي يستغرقها المسح على طول الطريق والعودة _
• ستُجري تغييرات على البرنامج (يُطلق عليه أحيانًا "رمز" أو "رسم تخطيطي")
• غيّر قيمتي "التأخير" من 15 إلى رقم أكبر آخر (اختر مضاعفًا دائريًا للرقم 15 لسهولة الحسابات). ما هي القيمة التي استخدمتها؟ _. ماذا سيكون وقت SWEEP الجديد برأيك؟ _. قم بقياس وقت SWEEP الجديد وقم بتدوين أي اختلافات _.
• قم بتغيير Delays مرة أخرى إلى 15 ، وقم الآن بتغيير زوايا الموضع من 180 إلى 90 ببساطة (كلتا القيمتين). ما هو النطاق الجديد لحركة محرك سيرفو (90 درجة ، أو أكثر أو أقل؟) _.
• ترك نطاق الحركة إلى 90 درجة ، وخفض "التأخير" إلى رقم أقل من 15. ما مدى صغر الرقم الذي يمكنك الانتقال إليه قبل أن تبدأ المؤازرة في التصرف بشكل متقطع أو لم تعد تكمل نطاق الحركة بالكامل؟ _

بعد الانتهاء من هذه الخطوات ، ستحصل على جميع القياسات والتدريبات التي تحتاجها لتكون جاهزًا لاستخدام محرك المؤازرة للتحكم في مجموعة متنوعة من الحركات المتحركة المتكررة ذهابًا وإيابًا ، في أي مكان من زاوية صغيرة وصولاً إلى 180 درجة ، وأيضًا بمجموعة متنوعة من السرعات التي تتحكم فيها.

الخطوة 5: الحركة التي يتم التحكم فيها عن بعد

بدلاً من تكرار نفس الحركة مرارًا وتكرارًا طوال اليوم ، في هذه الخطوة سنتحكم عن بُعد في موضع الدمية المتحركة "C3PO" للنظر إلى اليسار واليمين وأي موضع بينهما. بما أن الإنسان يقوم بالتحكم ، فإننا نطلق على هذا التحكم "الحلقة المفتوحة".

مع التحكم في الحلقة المفتوحة ، يمكنك التحكم في الموضع الدقيق لمحرك المؤازرة. سنحتاج إلى مقبض لتديره ، وسنستخدم مقياس الجهد الأزرق لهذا الغرض.

• سنحتاج إلى مكان آخر على اللوح يحتوي على +5 و 0 (أرضي) فولت. قم بتشغيل أسلاك العبور هذه لفصل الصفوف على اللوح ، واجعلها صفًا واحدًا بعيدًا عن بعضها البعض ، لتتوافق مع المسامير الخارجية لمقياس الجهد الذي سنضيفه بعد قليل.
• أضف الآن مقياس الجهد. قبل دفع دبابيس مقياس الجهد في اللوح ، تأكد من اصطفافها جميعًا مع الثقوب الصحيحة ، ثم ادفع المسامير لأسفل بشكل مستقيم حتى لا تنثني. سيتم توصيل الدبوس المركزي لمقياس الجهد بالإدخال التناظري صفر (A0) على Arduino. يتم إضافة سلك إضافي للقيام بذلك.
• من أجل قراءة الجهد من مقياس الجهد ، واستخدام ذلك للتحكم في محرك سيرفو ، سنستخدم برنامج "KNOB" ، الموجود أيضًا ضمن ملف -> أمثلة -> أجهزة. قم بتشغيل البرنامج ، وأدر المقبض ، وسجل ما تلاحظه.

بطبيعة الحال ، يمكنك تشغيل بعض الأسلاك الطويلة جدًا بحيث يكون مقبض التحكم في غرفة مختلفة عن الدمية المتحركة ، أو يمكن أن تكون على بعد مسافة قصيرة فقط (خارج لقطة الكاميرا إذا كنت تصنع فيلمًا ، على سبيل المثال).

الخطوة 6: الحركة المشغلة (باستخدام جهاز استشعار)

في بعض الأحيان ، تريد أن تتحرك الدمية فجأة - خاصة بالنسبة لمقالب الهالوين المخيفة أو لجذب المزيد من الاهتمام. في هذه الخطوة ، سنقوم بإعادة تكوين دمية "رأس جزيرة الفصح" للالتفاف بسرعة ومواجهة كل من يمشي ويلقي بظلاله على جهاز استشعار الضوء.

في حالة التحكم في المستشعر في محرك سيرفو ، سنستخدم مستشعر ضوئي يتحكم في الموضع الدقيق لمحرك سيرفو. كلما كان الظل المُلقى على المستشعر أغمق (ومن المفترض أنه كلما اقترب الشخص من الدمية) ، كانت الدمية تدير رأسها بشكل أسرع وأبعد.

• سنقوم بإزالة مقياس الجهد واستبداله بدائرة مكافئة لمقاومين. في هذه الحالة ، سيكون أحد المقاومين (R2) عبارة عن مستشعر ضوئي.
• لمنحنا بعض المساحة ، نشرنا مقطعين + 5 فولت (يسار) و 0 فولت (يمين) حتى نتمكن من إضافة المقاوم 10 كيلو أوم ومستشعر الضوء ، المتصلين في المركز في نفس الصف مثل كابل العبور المؤدي إلى الإدخال التناظري صفر (A0) على لوحة Arduino.
• استخدم ظل يدك لإخفاء مستشعر الضوء ، واستخدم طرقًا أخرى لجعل مستشعر الضوء يحصل على أكبر قدر ممكن من الضوء وأقله. هل أنت قادر على الحصول على نطاق الحركة الكامل بمقدار 180 درجة؟

تمامًا كما هو الحال في إصدار جهاز التحكم عن بُعد ، يمكنك وضع المقاوم للصور بعيدًا عن الدمية المتحركة ، ويمكنك تغيير قيم المقاوم ، أو برمجة البرامج لتغيير ردود فعل الدمية.

الخطوة 7: الآن جربها

لقد أتقنت الآن الأنواع الأساسية الثلاثة للحركة المتحركة التي يمكنك إنشاؤها باستخدام محرك مؤازر واحد.

- الحركة المتكررة

- حركة التحكم عن بعد

- الحركة المستحثة باستخدام المستشعرات

يمكنك نقل هذا إلى المستوى التالي باستخدام أنواع مختلفة من الدمى ، والحركة ، وأدوات التحكم ، وبطبيعة الحال ، الفن الذي يمكنك أنت وحدك إنشاؤه!