گربه رباتیک تعاملی با آردوینو

اول از همه باید سراغ ساختار فیزیکی ربات برویم. قطعات بدنه گربه را با استفاده از دستگاه برش لیزر روی یک ورق مقوایی برش بزن. بعد از اتمام برش، تمام تکه‌ها را با دقت از ورق اصلی جدا کن و آن‌ها را مرتب روی میز بچین تا در مراحل بعدی برای مونتاژ گیج نشوی.

حالا قطعات مربوط به سر گربه را بردار و مانند یک جعبه به هم متصل کن. برای محکم شدن مفاصل، حتما از چسب حرارتی استفاده کن. ال‌ای‌دی‌ها را به عنوان چشم‌ها و بازر را در سوراخ‌های جلوی صورت قرار بده.

در نهایت، سنسور فاصله آلتراسونیک را طوری داخل سر نصب کن که چشم‌های سنسور به سمت پشت گربه (کمر ربات) قرار بگیرد تا بتواند حرکت دست را تشخیص دهد.

برای اینکه ربات بفهمد واقعا در حال لمس شدن است، باید یک سنسور فشار ساده بسازیم. دو تکه مقوای کوچک بردار و سطح داخلی آن‌ها را با فویل آلومینیومی بپوشان. به هر کدام از این فویل‌ها یک سیم متصل کن. وقتی این دو سطح فویلی به هم برخورد کنند، مدار بسته شده و آردوینو متوجه فشار دست می‌شود.

برای سرهم کردن این سنسور، لبه یکی از مقواها را به دیگری طوری بچسبان که مقداری از هم فاصله داشته باشند تا شبیه یک لولا عمل کند. وقتی چسب خنک شد، این ساختار حالت فنری پیدا می‌کند؛ یعنی با کمی فشار دست به هم می‌چسبند و مدار را کامل می‌کنند.

موتور سروو را بین لایه‌های مقوایی قسمت پایه دم قرار بده. طراحی این لایه‌ها طوری است که موتور را کاملا محکم و کیپ نگه می‌دارد و اصلا نیازی به پیچ یا بست اضافی نداری.

حالا قطعه مربوط به دم گربه را روی بازوی موتور سروو نصب کن تا با چرخیدن موتور، دم هم به حرکت دربیاید. این موتور در نهایت وظیفه شبیه‌سازی حرکات عصبی دم گربه را در حین کار بر عهده دارد.

قطعات برش‌خورده مربوط به پنل‌های بدنه را به هم متصل کن تا استخوان‌بندی اصلی گربه شکل بگیرد. برد آردوینو را در لایه پایینی بدنه و برد بورد را در لایه بالایی قرار بده. این طراحی لایه‌ای به تو کمک می‌کند تا قطعات الکترونیکی کاملا مرتب سر جایشان قرار بگیرند و فضای کافی برای سیم‌کشی بین آن‌ها وجود داشته باشد.

بر اساس نقشه مدار، اتصال قطعات را شروع کن. سنسور آلتراسونیک، چشم‌های ال‌ای‌دی، بازر، سنسور فشار دست‌ساز و موتور سروو را از طریق برد بورد به آردوینو متصل کن. یادت نرود که حتما از مقاومت‌ها برای ال‌ای‌دی‌ها استفاده کنی.

پایه‌های تغذیه و زمین تمام ماژول‌ها را هم به خطوط مثبت و منفی برد بورد وصل کرده و به پایه‌های 5 ولت و GND آردوینو هدایت کن.

حتما قبل از روشن کردن مدار، یک بار دیگر تمام اتصالات قطعات را بررسی کن. بررسی دقیق سیم‌کشی‌ها در این مرحله کمک می‌کند تا از آسیب رسیدن به قطعات یا عمل نکردن سنسورها جلوگیری شود و همه‌چیز طبق منطق برنامه‌نویسی پیش برود.

حالا تمام بخش‌هایی که ساختی را داخل بدنه اصلی قرار بده؛ سر ربات به همراه سنسورها، کمر مجهز به صفحه فشار و ماژول دم. سیم‌ها را خیلی مرتب از داخل بدنه عبور بده و به برد بورد و آردوینو وصل کن. وقتی از محکم بودن همه‌چیز مطمئن شدی، بدنه را ببند و آردوینو را با کابل USB به سیستم وصل کن تا کدها را آماده کنیم.

حالا نوبت توست که کدهای این ربات تعاملی را در محیط نرم‌افزار روی برد آپلود کنی و نتیجه کار را ببینی.

کدها که آپلود شدند، پروژه آماده کار است. دستت را روی کمر گربه بکش تا واکنش‌های جذاب این ربات بداخلاق را از نزدیک ببینی!

در این آموزش دیدیم که چطور با ترکیب چند سنسور و عملگر ساده می‌توانیم یک شیء تعاملی بسازیم که به لمس واکنش نشان می‌دهد. سیستم تشخیص حرکت در این پروژه ترکیبی از سنسور آلتراسونیک برای ردیابی دست و یک صفحه فشار دست‌ساز برای تأیید تماس بود.

بخش مهمی از این پروژه به بهبود منطق تشخیص حرکت در برنامه‌نویسی مربوط می‌شد. چون سنسور آلتراسونیک فقط فاصله را اندازه می‌گیرد، کدها باید طوری نوشته شوند که تغییرات متوالی فاصله را به عنوان حرکت دست (نوازش) درک کنند.

در زمان توسعه، ممکن است حرکت‌ها به اشتباه برداشت شوند، به همین دلیل باید آستانه تشخیص فاصله و سرعت واکنش در کدها چند بار اصلاح شود تا رفتار ربات کاملا طبیعی به نظر برسد.

ساختار مقوایی برای نمونه‌سازی سریع عالی است، اما سنسور فشار ورقه‌ای نیاز به دقت زیادی در زمان ساخت دارد تا بتواند در برابر فشارهای مختلف حساسیت و پایداری خوبی نشان دهد.

اگر صفحات این سنسور خیلی به هم نزدیک باشند، مدار همیشه بسته می‌ماند و اگر خیلی دور باشند، به سختی عمل می‌کنند. جاگذاری سروو موتور در بدنه مقوایی هم اهمیت زیادی دارد تا بدون درگیری و جابه‌جایی، دم را حرکت دهد.

یکی دیگر از چالش‌ها، جلوگیری از تداخل در خواندن اطلاعات سنسور آلتراسونیک است. چون سنسور روی بدنه نصب شده، ممکن است گاهی سطوح نزدیک به خودش را به عنوان دست تشخیص دهد که با فیلتر کردن دیتا در کد، این مشکل حل می‌شود.

ترکیب چندین قطعه مختلف در مدار باعث می‌شود که همیشه نیاز به تست تک‌تک ماژول‌ها پیش از سرهم کردن نهایی داشته باشیم تا درگیر باگ‌های عجیب‌وغریب نشویم.

در طول این مسیر متوجه شدیم که ساخت یک نمونه اولیه تعاملی، نیازمند آزمون و خطای مداوم بین برنامه‌نویسی و تغییرات سخت‌افزاری است و جای‌گذاری سنسورها تأثیر مستقیمی روی نتیجه نهایی دارد.

امیدوارم از ساخت این ربات لذت برده باشی. اگر تو هم ایده‌ای برای ارتقای این گربه مقوایی (مثلا استفاده از سنسورهای فشار آماده یا اضافه کردن قابلیت‌های صوتی بهتر) داری، حتما در بخش نظرات با ما در میان بگذار تا گپ بزنیم و از تجربه‌های یکدیگر استفاده کنیم.