Xây dựng một đầu Robot biết nói chạy bằng Arduino !: 26 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:37

Đầu người máy này ban đầu được chế tạo như một dự án cuối năm cho lớp máy tính vật lý của tôi, nhưng qua mùa hè nó đã "học" được cách nói chuyện. Đầu được cung cấp năng lượng bởi hai Freeduinos, 3 chip TLC5940NT và một Adafruit Industries Wave Shield được tìm thấy tại đây: www.ladyada.net/make/waveshield/. Đầu hiện được kết nối với máy tính bằng hai cáp USB, một để cấp nguồn, một để gửi các lệnh nối tiếp về nội dung cần nói / biểu tượng cảm xúc. Khi người đứng đầu nhận được các lệnh đã nhập về những gì cần nói / biểu tượng cảm xúc, nó sẽ phát lại các tệp từ riêng lẻ để tạo một câu hoặc nhiều câu. Nó cũng thay đổi cảm xúc của mình theo các lệnh cảm xúc được gửi từ máy tính. Đầu robot này là nền tảng cho nhiều ứng dụng khả thi vì nó có thể nói bất cứ thứ gì mà nó có từ vựng. Ngay bây giờ, tôi đang làm việc để kết nối nó với internet và kiểm tra và đọc email của tôi thông qua PHP script. Tôi sẽ cập nhật Tài liệu hướng dẫn này khi tôi tiến bộ cùng với điều đó. Đây là video về nó đang hoạt động: The head vẫn là một dự án đang thực hiện nên mọi nhận xét về bất kỳ điều gì ở đây đều được hoan nghênh! Đặc biệt cảm ơn Liz Arum đã giúp tôi mọi thứ! Cập nhật: Do yêu cầu phổ biến, tôi hiện đã thêm một video robot nói chuyện và thể hiện bản thân! Tận hưởng lúc rảnh rỗi!

Bước 1: Biên dịch Tất cả Vật liệu / bộ phận / điện tử

Đầu robot này sử dụng: 1 Breadboard (Nó phải dài hơn 48 hàng với một khoảng trống chạy xuống giữa bảng để kết nối các chip IC. Một bus nguồn và mặt đất chạy dọc theo cạnh của breadboard cũng là một điều cần thiết.) 2 Đèn LED RGB (Dành cho mắt nhiều màu) Cực dương chung. $ 1,50 - 1,95 mỗi cái. 2 X $ 1,75 = $ 3,5036 Red Leds (Cho miệng) ở đâu đó khoảng giá 40-50 cent cho mỗi chiếc. 36 X $.45 = $ 16,202 HXT900 Micro Servos (Để di chuyển lông mày) Có thể tìm thấy tại: https://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=662 2 X $ 3,65 = $ 7,303 TLC5940NT's (Tới ổ đĩa / thắp sáng tất cả các Led và điều khiển các servos) có thể được tìm thấy tại Digi-key https://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=296-17732-5-ND nơi chúng được định giá ở mức 4,28 đô la. 3 X $ 4,28 = $ 12,84 cho Mouser https://www.mouser.com/ProductDetail/Texas-Inticments/TLC5940NT/?qs=sGAEpiMZZMu8%252bGBKj8XSFEjwsgnt5grMZ49G/W4nR14%3d3 Tụ điện (~ 1000uf) Servos) Được trục vớt từ nguồn điện máy tính cũ. Free2 Freeduinos gốc hoặc Arduinos. Freeduinos có thể được mua tại https://www.freeduino.org/buy.html Chúng có giá 23,99 mỗi chiếc. 2 X $ 23,99 = $ 47,98 Hoặc www.sparkfun.com/commerce/product_info.php cho Arduinos. Có giá $ 29,95 mỗi chiếc. 2 X $ 29,95 = $ 59,90. Cảnh báo: Freeduinos yêu cầu một số kiến thức về hàn, nếu bạn không muốn hàn bo mạch của mình thì hãy mua Arduino. Cảnh báo: Dù sao thì phần mềm này cũng yêu cầu một số kiến thức hàn, vậy tại sao không bắt đầu ngay bây giờ?:) 1 Waveshield từ Adafruit Industries (Để cho phép robot nói chuyện) Có thể mua tại: https://www.ladyada.net/make/waveshield/ Giá 22 đô la mỗi cái. Tổng chi phí ước tính của tất cả các bộ phận công nghệ cao (không bao gồm vận chuyển) nếu bạn mua Freeduinos thay vì Arduinos là…. $ 109,82! Tổng chi phí của tất cả các bộ phận công nghệ cao nếu bạn mua Arduinos thay vì Freeduinos là…. $ 121,74! Và đối với các vật liệu công nghệ thấp, bạn sẽ cần: Một hộp các tông có cùng kích thước mà bạn muốn. Một miếng bìa cứng nhỏ Dây tương thích vớiTapeGlueBreadboard (22 gauge, đặc). của gỗ Máy khoan điện. Ống co nhiệt để cách ly các dây dẫn dây điện bị hở và thứ gì đó thổi không khí nóng để làm co lại nó bằng (Súng hơi nóng) Máy cắt hộp.

Bước 2: Lắp ráp và hàn tất cả các bảng mạch và tấm chắn

Hàn các Freeduinos (như tôi đã làm), Hoặc bỏ qua dòng này nếu bạn mua Arduino. Đây là liên kết đến hướng dẫn lắp ráp của họ cho tất cả những người đã mua Freeduinos: mcukits.com/2009/03/12/assembling-the-freeduino-board-kit/Solder the Waveshields. Lady Ada có một hướng dẫn rất hay về cách thực hiện việc này trên trang web của cô ấy tại https://www.ladyada.net/make/waveshield/solder.htmlLưu ý: Ngoài cách hàn Waveshield lại với nhau như đã nêu. Thêm một dây dài được hàn vào điện trở R7 ở phía gần nhất với chip khuếch đại. Điều này sẽ được kết nối với Đầu vào Analog 1 trên Freeduino đang điều khiển các đèn LED của đầu robot. (Đừng lo lắng về việc cắm đầu dây còn lại vào đâu, điều đó sẽ được giải thích chi tiết ở phần sau.) Xem hình để biết rõ nơi hàn dây.

Bước 3: Thiết kế đầu Robot

Lấy hộp các tông bạn chọn làm đầu và đánh dấu những chỗ bạn muốn cắt cho mắt và miệng bằng cách cắt các mảnh giấy và đặt chúng lên trên hộp. Khi bạn hài lòng với sự sắp xếp, bạn có thể chuyển sang cắt đồ.

Bước 4: Thiết kế đầu Robot của bạn: Cắt mắt

Dán hoặc đánh dấu các mảnh đến vị trí cuối cùng của chúng lên hộp và cắt chúng ra. (Giữ lại mảnh giấy mà bạn dùng để vẽ miệng, bạn sẽ cần nó sau này.)

Bước 5: Thiết kế đầu robot của bạn: Tạo ma trận LED cho miệng

Mỗi đèn LED trong miệng sẽ sáng độc lập. Để làm điều đó, bạn cần phải tạo một ma trận LED cho miệng. (Để biết ý tưởng về ma trận LED là gì, hãy xem hình 1) Lấy mảnh giấy được cho là miệng, bằng bút chì và thước kẻ, Chia mảnh giấy thành 36 phần (9 X 4), Một cho mỗi đèn LED trong lưới. Sau khi bạn làm xong, hãy dán mảnh giấy vào một mảnh gỗ và cẩn thận không khoan qua sàn nhà (Điều này đã xảy ra với tôi vì vậy tôi khuyên bạn nên khoan trên đầu hộp các tông.) Khoan lỗ nơi các đường giao nhau bằng mũi khoan 1/4 inch để đèn LED của bạn vừa khít. Kích thước của mũi khoan rõ ràng là phụ thuộc vào kích thước của đèn LED của bạn, vì vậy hãy sử dụng mũi khoan nhỏ hơn cho các đèn LED nhỏ hơn. (Bắt đầu nhỏ và làm việc theo cách của bạn!) Nhìn vào hình 2 & 3 để rõ hơn về cách khoan / đánh dấu.

Bước 6: Tạo Ma trận LED miệng: Hàn các đèn LED

Trước khi làm bất cứ điều gì khác, hãy kiểm tra xem tất cả các đèn LED của bạn không bị cháy sáng hoặc mờ đi. Bạn có thể làm điều này bằng cách tìm một pin nút 3V nhỏ và giữ các chân của đèn LED vào pin (Hãy nhớ chân dài là cực dương, chân ngắn là cực âm). Tiếp theo, lắp từng hàng đèn LED vào đồ gá lưới đã khoan của bạn. Gấp các chân dài sao cho chúng song song với nhau và hàn chúng theo hàng (Xem hình 2 & 3). Hàn các chân dài lại với nhau vì bạn sẽ sử dụng các TLC để điều khiển các đèn LED này và các TLC là các ổ cắm điện. Điều này có nghĩa là chúng điều khiển các đèn LED bằng cách thay đổi sự chênh lệch điện áp giữa nguồn điện và mặt đất.

Bước 7: Tạo Ma trận LED miệng: Hàn dây điều khiển vào các đèn LED

Hàn các dây dài có thể vừa với bảng mạch (22 gauge) lên tất cả các dây dẫn catốt của LED. Các dây này sẽ điều khiển các đèn LED. Sau đó, đảm bảo cách điện tất cả các dây riêng lẻ bằng băng dính điện (không vui) hoặc ống co nhiệt (khuyến nghị). Ngoài việc hàn dây vào tất cả các dây dẫn Cathode của đèn LED, hãy hàn 2 hoặc 3 dây vào phần Anode của lưới điện (Phần được hàn với nhau). Các dây này sẽ đóng vai trò như bộ trợ lực phân phối điện trên toàn lưới điện. Chúng sẽ được kết nối với 5V.

Bước 8: Lắp Servos di chuyển lông mày vào bên trong đầu Robot

Trước khi lắp đặt mini-servo của bạn vào bên trong đầu rô-bốt, hãy dán keo nóng một sợi dây dài (Nhưng vẫn có thể uốn cong) lên cánh tay servo. Dây này sẽ đi lên bên trong rô-bốt của bạn, ra khỏi đầu và chui xuống để di chuyển lông mày. (Xem hình để rõ hơn.) Lấy mini-servos của bạn (có gắn dây) và keo nóng chúng vào bên trong đầu rô-bốt của bạn, ngay bên dưới mắt, đảm bảo rằng các dây có thể di chuyển từ bên này sang bên kia.

Bước 9: Cài đặt lưới bên trong đầu robot

Keo nóng lưới vào một miếng bìa cứng mà bạn đã khoan lỗ và keo nóng vào bên trong đầu rô bốt.

Bước 10: Hàn các đèn LED RGB

Hàn dây dẫn LED RGB cực dương chung vào một dây dài. Sau đó, hàn một dây màu (đỏ, xanh lá cây, xanh lam) với dây dẫn LED RGB tương ứng với nó (Bạn có thể tìm ra màu của từng dây dẫn riêng lẻ bằng cách sử dụng pin nút 3V để thắp sáng lần lượt từng dây dẫn LED). Đừng quên cách điện cho dây điện!

Bước 11: Cài đặt các đèn LED RGB bên trong đầu Robot

Cài đặt các đèn LED bên trong đầu robot bằng cách đặt chúng vào nơi bạn muốn, sau đó gấp và dán dây vào bên trong hộp. Đặt ống hút dưới đèn LED cũng giúp giữ ống hút đúng vị trí. (Xem hình sẽ rõ)

Bước 12: Kết thúc Tạo mắt

Dán một mảnh giấy hình vuông có kích thước lớn hơn một chút so với lỗ mà bạn đã khoét. Dán nó lên lỗ để che lỗ và đèn LED phía sau nó. Bạn cũng có thể muốn băng một số tờ khăn giấy vào bên trong các lỗ mắt để khuếch tán ánh sáng phát ra từ đèn LED.

Bước 13: Lên dây cho chip TLC5940NT

Trong bước này, bạn sẽ phải tạo chuỗi 3 TLC5940NT với nhau để điều khiển tổng cộng 42 đầu ra LED (36 cho miệng, 6 cho mắt nhiều màu). chuỗi 3 TLC5940NT với nhau. Ở đây nó ở dạng nén: chân Arduino 13 -> SCLK (chân TLC 25) chân Arduino 11 -> SIN (chân TLC 26) chân Arduino 10 -> Trống (chân TLC 23) chân Arduino 9 -> XLAT (chân TLC 24) Chân 3 của Arduino -> GSCLK (TLC pin 18) -------------- U ------------ LED Out 1 | 1 28 | LED Out 0LED Out 2 | 2 27 | GNDLED Hết 3 | 3 26 | SIN (chân Ard 11.) LED Out 4 | 4 25 | SCLK (chân 13 của Ard)… | 5 24 | XLAT (chân 9 của Ard)… | 6 23 | NGÂN HÀNG (chân 10 của Ard)… | 7 22 | GND… | 8 21 | VCC (5V)… | 9 20 | Điện trở tiếp đất 2K… | 10 19 | 5V… | 11 18 | GSCLK (chân 3 của Ard)… | 12 17 | SOUT (Được kết nối với SIN của TLC tiếp theo trong Daisychain)… | 13 16 | XERR Hết 14 | 14 15 | LED Out 15 ----------------------------- Lưu ý: chúng tôi đang Daisychaining 3 TLC nên SIN của TLC đầu tiên được kết nối với Arduino chân 11. Phần còn lại của TLC có SIN của chúng được kết nối với SOUT của TLC trước nó. Tất cả các BLANK được kết nối với nhau (BLANK của TLC1 được kết nối với BLANK của TLC2, v.v.) Tất cả các XLAT đều được kết nối. Các SCLK đã được kết nối Tất cả các GSCLK đều được kết nối Tất cả các XERR đều được kết nối Ngoài ra, cắm 2 hoặc 3 tụ điện vào đất và nguồn của bảng mạch (Âm trên tụ là tiếp đất, dương là 5V). Số lượng sạc mà nó giữ không quá quan trọng nhưng nó nên được đánh giá từ 5V trở lên. Các tụ điện này sẽ hoạt động như một bộ lọc, lọc bỏ tất cả các điểm không hoàn hảo (nhiễu) trong nguồn điện áp mà các TLC tạo ra. Điều này rất quan trọng vì Waveshield mà chúng ta sẽ sử dụng có cùng mặt bằng với TLC và THỰC SỰ không thích tiếng ồn điện (nó tạo ra tiếng ồn khi nhấp chuột kỳ lạ).

Bước 14: Nối dây đèn LED với TLC

Kết nối tất cả các đèn LED với TLC, theo từng hàng, bắt đầu với đèn ở góc trên bên trái và chuyển sang đèn LED trực tiếp ở bên phải. Dưới đây là lưới của tất cả các chân cắm LED TLC được bao gồm để thuận tiện cho bạn. Xem hình ảnh để rõ hơn. 28 29 30 31 32 33 34 35 Bây giờ cũng là thời điểm thích hợp để cắm các mắt LED RGB của bạn vào TLC, vì vậy đây là điểm chính xác … Mắt LED RGB: Trái: RGB Phải: RGB 36 40 38 37 41 39Đừng quên để cắm dây nguồn chung cho The Grid và đèn LED RGB vào 5V!

Bước 15: Kết nối Servos với TLC

Kết nối Nguồn và Nối đất của Servos với Nguồn và Tiếp đất trên bảng mạch của bạn. Kết nối dây điều khiển của servo Trái (Trái của bạn khi đối mặt với rô bốt.) Với chân 43 (Nhớ bắt đầu từ số 0.) Và servo Phải với chân 44. Bạn sẽ cần kết nối điện trở 3,3K ohm từ cả hai chân đó thành 5V vì các TLC là ổ cắm điện và yêu cầu nguồn điện để chìm.

Bước 16: Bây giờ bạn đang bước vào vùng đất của phần mềm và mã! (hầu hết)

Xin đừng xâm phạm…

Bước 17: Tải xuống Thư viện TLC

Thư viện TLC mới nhất cho Arduino có thể được tìm thấy tại trang mã Google của họ tại: code.google.com/p/tlc5940arduino/. Tải xuống thư viện mới nhất và chèn thư mục đã giải nén "Tlc5940" vào [thư mục phiên bản Arduino mới nhất] / cứng / thư viện /

Bước 18: Kiểm tra các TLC

Tải bản phác thảo kiểm tra biểu thức nối tiếp của tôi mà bạn có thể tải xuống bên dưới. Tải nó vào Freeduino và gõ một số lệnh vào màn hình nối tiếp để kiểm tra xem toàn bộ hoạt động chưa.

Bước 19: Tải xuống Thư viện Waveshield được cải tiến, hỗ trợ dung lượng cao (Một phần nào đó)

Tải xuống wavehield Adafruit cải tiến mới từ mã Google (Cảm ơn Mr Fat16 đã tạo thư viện cải tiến này): code.google.com/p/wavehc/ Một lần nữa dán thư mục đã giải nén vào thư mục phần cứng / thư viện /.

Bước 20: Định dạng và tải thẻ SD của bạn

Chèn thẻ SD của bạn vào máy tính và định dạng chúng bằng cách sử dụng loại tệp FAT hoặc FAT16. KHÔNG PHẢI FAT32! Sau đó, tải thẻ SD của bạn với các tệp giọng nói từ trang web văn bản thành giọng nói tuyệt vời của AT&T www.research.att.com/~ttsweb/tts/demo.php#top Đổi tên tệp theo tên của từ mà nó đang nói trong tệp và cắt bớt tên tệp đó có chứa 6 chữ cái trở xuống. (Wavehield chỉ có thể xử lý các tệp có tên tệp từ 6 ký tự trở xuống.) Ví dụ: Nếu bạn tải xuống tệp cho "Guiductables.com" -> đặt tên là guidec.wavNếu xin chào -> hello.wav

Bước 21: Kiểm tra Waveshield của bạn

Tải xuống và chạy bản phác thảo thử nghiệm Waveshield nối tiếp của tôi. Bạn sẽ có thể thông qua thiết bị đầu cuối nối tiếp, nhập một câu và yêu cầu Waveshield phát nó (Miễn là nó có các tệp.wav mà nó cần). Nó sẽ sử dụng từ đầu tiên, thêm ".wav" và chơi nó trước khi chuyển sang từ thứ hai. Nhập EX.you: Xin chào tên tôi là Bob Nó sẽ phát: hello.wavmy.wavname.wavis.wavbob.wav Lưu ý: Kiểm tra Waveshield trên Freeduino khác (cái không được kết nối với TLC) vì cả Waveshield và TLC đều sử dụng các chân 13, 12, 11 và 10 (trên Freeduino). Điều này là do các chân này có hỗ trợ phần cứng cho giao diện được gọi là Giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI) mà cả TLC và Waveshield đều yêu cầu. Các chân này không thể được chia sẻ giữa chúng vì vậy chúng tôi sẽ phải liên kết hai Freeduinos với nhau bằng giao diện I2C để chúng có thể truyền thông tin giữa chúng. Tìm hiểu thêm về điều này trong bước 22.

Bước 22: Kết nối giao diện I2C giữa cả hai Freeduinos

Chờ đã… Tại sao chúng ta cần kết nối giao diện I2C giữa hai Freeduinos? Tại sao chúng ta không thể chỉ cắm Waveshield và TLC vào một Freeduino? Đây là lý do tại sao: Cả Waveshield và TLC đều sử dụng các chân 13, 12, 11 và 10 trên Freeduino. Lý do cho điều này là các chân này có hỗ trợ phần cứng cho một giao diện được gọi là Giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI) mà cả TLC và Waveshield đều yêu cầu và không thể chia sẻ. Điều này có nghĩa là chúng ta sẽ phải liên kết hai Freeduinos với nhau bằng cách sử dụng một số loại kết nối dữ liệu để chúng hoạt động song song với nhau. Serial không phải là một lựa chọn vì máy tính của tôi đã sử dụng nó để giao tiếp với Waveshield Freeduino, vì vậy sau một số cuộc Googling căng thẳng, tôi đã tìm thấy một phương thức liên lạc đơn giản và tiện lợi đáng kể. I2C! Đây là cách kết nối giao diện: Kết nối chân 4 Đầu vào Analog trên cả Freeduinos (Đây là SDA hoặc Đường dữ liệu nối tiếp.) Kết nối chân 5 Đầu vào Tương tự trên cả Freeduinos (Đây là SCL hoặc Đường đồng hồ nối tiếp.) Kết nối đất trên cả hai Freeduinos (Nếu không, giao diện I2C sẽ không hoạt động.) Kết nối dây mà bạn đã hàn ở đầu Có thể hướng dẫn này từ điện trở R7 trên Waveshield đến chân Đầu vào Tương tự 1 trên TLC điều khiển Freeduino (Dây này dùng để kiểm tra âm lượng của những từ được Waveshield nói và không phải là một phần của giao diện I2C). (Xem hình để rõ hơn)

Bước 23: Bật I2C trên TLC Kiểm soát Freeduino

Bật I2C trên Freeduino mà bạn đã sử dụng để kiểm soát các TLC bằng cách tải xuống bản phác thảo này. Nó sẽ nhận thông tin về các biểu thức từ Waveshield và cũng sẽ kiểm tra âm lượng của giọng nói đầu ra trên Waveshield Freeduino và sẽ di chuyển miệng để mô phỏng cách nói tùy thuộc vào âm lượng của từ được nói. (Giao diện hai dây) đó là một cách đơn giản để kết nối nhiều thiết bị với nhau (lên đến 128!) Bằng hai dây dữ liệu và một điểm chung. Cập nhật: Tôi đã thêm tính năng nhấp nháy vào Arduino Sketch. Giờ đây, robot sẽ nhấp nháy với khoảng thời gian từ 2-11 giây, giống như con người.

Bước 24: Kiểm tra giao diện I2C

Tải xuống bản phác thảo này và tải nó lên Waveshield Freeduino, nó sẽ gửi các từ "behaviorppy;" và sau đó "besad;" qua giao diện I2C đến TLC điều khiển Freeduino ở hai khoảng thời gian thứ hai, hy vọng làm cho robot chuyển từ vui sang buồn ở hai khoảng thời gian thứ hai.

Bước 25: Bạn sắp hoàn tất! Chỉ cần một số mã để tải…

Tải phiên bản cuối cùng của mã Waveshield Freeduino. Cần sử dụng bất kỳ từ nào bạn nhập vào màn hình nối tiếp và đọc chúng (miễn là nó có tệp.wav để thực hiện điều đó) và phải chuyển các lệnh biểu thức như "behavior"; và "besad;" lên Freeduino điều khiển các TLC thông qua giao diện I2C. Lưu ý: Danh sách lệnh giống với mã kiểm tra TLC trước đó (Xem bước 17) ngoại trừ việc bạn phải thêm dấu chấm phẩy vào mỗi lệnh biểu thức. EX. Nếu bạn muốn robot buồn và nói "Tôi cảm thấy buồn" thì gõ: besad; Tôi cảm thấy buồn. Cập nhật: Waveshield Sketch hiện sử dụng đúng dấu câu (tức là dấu chấm và dấu phẩy nhưng điểm lưu ý).

Bước 26: Gắn mọi thứ lên Hộp đầu robot và bạn đã hoàn tất

Gắn tất cả các Freeduinos vào mặt sau của hộp bằng dây. Đóng nắp hộp bằng dây và bạn đã hoàn tất! Bây giờ giá như nó có thể kiểm tra email của tôi. Hmmmm ……. Cảm ơn bạn đã đọc Bài hướng dẫn này! Bình luận luôn được chào đón về bất cứ điều gì!

Giải nhì cuộc thi Arduino