کلاهخود رباتیک و درخشان با آردوینو و نئوپیکسل

+2

قطعات الکترونیکی

1. 15 عدد سروو موتور 9 گرمی
2. 15 عدد کابل افزایش طول سروو (50 سانتی‌متری)
3. 85 عدد ال‌ای‌دی نئوپیکسل (RGB)
4. درایور سروو موتور 16 کاناله PCA9685
5. 2 عدد برد آردوینو Pro Mini
6. مبدل FTDI به USB (برای آپلود کد روی آردوینو)
7. 2 تا 3 متر سیم چند رشته‌ای (مثلا 12 رشته)
8. پروتوبورد (تقریبا 10 در 10 سانتی‌متر)
9. 3 عدد مقاومت 100 اهم
10. باتری لیتیوم پلیمر 2 یا 3 سل
11. 3 عدد دکمه فشاری
12. ماژول کاهنده ولتاژ مدل LTC3780
13. خازن 1000 میکروفاراد (حداقل 6.3 ولت)
14. 3 عدد مقاومت 300 تا 500 اهم

مواد اولیه ساخت بدنه

1. فوم سفید EVA با ضخامت 10 میلی‌متر
2. یک ورق فوم برد 5 میلی‌متری (سایز A1)
3. دو ورق پلاستیک مات سایز A4
4. فویل آلومینیومی
5. چسب نواری کاغذی
6. مانکن سر فومی (برای قالب‌گیری)
7. فوم نازک 1 میلی‌متری

نکته مهم: برای این پروژه قطعات ریز و درشت زیادی نیازه، پس قبل از شروع حتما لیست رو دقیق چک کن تا وسط کار معطل نمونی.

ابزارهای مورد نیاز

1. دستگاه چسب حرارتی
2. هویه و لوازم لحیم‌کاری
3. سیم‌لخت‌کن
4. کاتر تیز
5. ماژیک
6. قیچی

+9

این کلاه فومی قراره پایه و بیس اصلی پروژه‌ات باشه، پس حسابی براش وقت بذار تا تمیز دربیاد. اگه تا حالا با فوم کار نکردی، پیشنهاد می‌کنم اول یه نمونه کوچیک و تستی بسازی تا قلق کار دستت بیاد.

مهم‌ترین نکته اینه که چون فوم ضخامت داره و قراره کلی سیم هم داخل کلاه جا بگیره، باید الگوی کلاه رو کمی بزرگ‌تر از سایز سرت در نظر بگیری. من الگو رو حدود 6 میلی‌متر بزرگ‌تر کشیدم تا خیالم راحت باشه. بزرگ‌تر بودن کلاه باعث می‌شه موقع پوشیدنش احساس راحتی کنی و سیم‌کشی‌های داخلش اذیتت نکنه.

قدم اول شاید یکم خنده‌دار به نظر برسه! باید یه لایه فویل آلومینیومی رو محکم دور سرت بپیچی و با دست صافش کنی تا کاملا فرم سرت رو بگیره. حواست باشه تمام قسمت‌های سر و حتی ابروها رو بپوشونی.

تو قدم دوم، روی همون فویل رو پر از چسب نواری کاغذی کن تا حسابی محکم بشه. قدم سوم اینه که این قالب فویلی-چسبی رو خیلی آروم از سرت دربیاری.

قدم چهارم، با ماژیک روی این قالب خطوط برش رو بکش و علامت‌گذاری کن تا بدونی هر تیکه مربوط به کجاست. بعدش تو قدم پنجم با قیچی قالب رو از روی همون خطوط به چند قطعه تقسیم کن.

قدم ششم اینه که این تیکه‌ها رو روی یه مقوا یا کاغذ بذاری و دورشون خط بکشی تا الگوی اصلیت به دست بیاد. یادت نره اینجا الگو رو کمی بزرگ‌تر کنی تا کلاه تنگ نشه. تو قدم هفتم، الگوهای کاغذی رو روی فوم اصلی بذار، دورشون خط بکش و با کاتر برششون بده.

حالا با چسب حرارتی تیکه‌های فوم رو به هم بچسبون. اگه جایی از فوم ناهموار بود، می‌تونی با سشوار صنعتی یا سشوار خانگی قوی یکم گرمش کنی و با دست بهش فرم بدی تا کاملا یکدست بشه. این کار رو با حوصله تکرار کن تا یه کلاهخود فومی دقیق و خوش‌فرم داشته باشی.

حالا باید الگوهای مربوط به تیغه‌ها رو آماده کنی. الگوها رو روی فوم برد قرار بده و با یه کاتر خیلی تیز دورتادورشون رو ببر. ابعاد تیغه‌ها می‌تونه تقریبی باشه و کاملا دست خودته که چه فرمی بهشون بدی. برای زیباتر شدن کار، روی سطح فوم بردها یه لایه پلاستیک مات با چسب ماتیکی بچسبون تا نور رو خیلی قشنگ‌تر پخش کنن.

اگه پرینتر سه‌بعدی داری می‌تونی این تیغه‌ها رو پرینت بگیری، اما حواست باشه که ضخامتشون رو کم در نظر بگیری تا هم سبک‌تر بشن و هم فشار کمتری به موتورها بیاد. این تیغه‌ها قراره بعدا روی بازوهای پلاستیکی سروو موتورها نصب بشن. تو مراحل بعدی دقیق‌تر بهت می‌گم چطور این کار رو انجام بدی.

+3

اول از همه، زائده پلاستیکی روی بدنه سرووها که تو عکس مشخص شده رو با کاتر ببر تا تیغه‌ها بتونن آزادانه بالا و پایین برن. برچسب‌های روی موتورها رو هم بکن تا ظاهر تمیزتری داشته باشن.

حالا باید سرووها رو با چسب حرارتی روی کلاه فومی بچسبونی. دقت کن که جهت قرارگیری همه‌شون باید یکی باشه. قبل از چسب زدن، جای موتورها رو با چسب نواری کاغذی روی کلاه مشخص کن تا زاویه‌ها و فاصله‌هاشون دقیق دربیاد. وقتی از جاشون مطمئن شدی، اول موتور مرکزی رو بچسبون و بعد به ترتیب به سمت گوش‌ها حرکت کن و بقیه رو نصب کن.

نیازی نیست میلی‌متری وسواس به خرج بدی، با کمی دقت هم نتیجه عالی می‌شه! بعد از چسبوندن موتورها، یه سوراخ کوچیک زیرشون روی فوم ایجاد کن و کابل هر سروو رو از اونجا بده داخل کلاه.

داخل کلاه می‌تونی با کاتر یه شیار کم‌عمق ایجاد کنی و سیم‌ها رو داخل شیار بخوابونی و روشون چسب حرارتی بزنی تا داخل کلاه شلوغ نشه. تو این مرحله بد نیست موتورها رو با کدهای تستی آردوینو یه تست بکنی تا مطمئن بشی همه‌شون سالم هستن. من برای هماهنگی رنگ‌ها، بدنه موتورها رو با رنگ سفید رنگ‌آمیزی کردم که خیلی تو ظاهر نهایی تأثیر مثبتی داشت.

خیلی مهمه که قبل از نصب تیغه‌ها، یه بار دیگه موتورها رو بدون بازو (Horn) روشن کنی تا مطمئن بشی حرکتشون درسته. وقتی خیالت راحت شد، موتورها رو تو بالاترین زاویه ممکن قرار بده. حالا بازوی پلاستیکی موتور رو بردار، روی نقطه پایینی تیغه فومی فشار بده تا جاش روی فوم بمونه.

جایی که روی فوم فرورفته رو با کاتر یه شیار کوچیک بزن و بازوی پلاستیکی رو داخلش فرو کن. هر تیغه رو به صورت تکی تو حالت بالا و پایین تست کن تا مطمئن بشی موقع حرکت به تیغه‌های کناری گیر نمی‌کنه. شاید لازم بشه زاویه بازو رو یکم تغییر بدی تا حرکت کاملا روون بشه. وقتی از زاویه و موقعیت تیغه راضی بودی، درش بیار، کمی چسب حرارتی داخل شیار بریز و دوباره بازو رو محکم سر جاش بچسبون.

علاوه بر تیغه‌های متحرک، کلاهخود یه سری قطعات ثابت هم داره. این قطعات رو هم از فوم برد برش بزن و با چسب حرارتی روی قسمت‌های خالی کلاه بچسبون. می‌تونی از الگوهای آماده استفاده کنی یا خودت طرح‌های جدیدی بکشی. بعد از اینکه نصب ال‌ای‌دی‌ها تموم شد، روی این قطعات هم پلاستیک مات می‌چسبونیم تا نور رو جذاب‌تر کنن.

+2

نکته بسیار مهم درباره خازن

یه نکته حیاتی که باید حتما رعایت کنی اینه که بین پین مثبت و منفی تغذیه نئوپیکسل‌ها حتما یه خازن 1000 میکروفاراد قرار بده. من تو این پروژه اولش خازن نذاشتم و باعث شد بعضی از ال‌ای‌دی‌ها بسوزن! ضمنا سر راه پین دیتای نئوپیکسل‌ها هم یه مقاومت قرار بده تا طول عمرشون بیشتر بشه.

لحیم‌کاری نئوپیکسل‌ها

موقع لحیم‌کاری حتما به فلش‌های روی نئوپیکسل دقت کن. این فلش‌ها مسیر حرکت دیتا رو نشون می‌دن و نباید برعکس لحیم بشن. این مرحله یکم زمان‌بره پس با حوصله پیش برو.

می‌تونی به جای استفاده از ال‌ای‌دی‌های تکی، از نوارهای متراکم نئوپیکسل (مثلا 144 عدد در متر) استفاده کنی تا کار لحیم‌کاریت کمتر بشه. از رشته سیم‌های نازک برای اتصال پین‌ها به هم استفاده کن.

زنجیره ال‌ای‌دی‌ها رو باید از بین شیارهایی که روی کلاه ایجاد کردی عبور بدی. سیم‌های بین هر ال‌ای‌دی رو به اندازه‌ای بلند بگیر که راحت بتونی از داخل فوم ردشون کنی. برای هر بخش متحرک و ثابت حدود دو تا شیار یک سانتی‌متری نیازه تا نور به زیبایی ازشون بیرون بزنه.

بهتره سیم‌کشی نورها رو به سه بخش تقسیم کنی: جلوی کلاه، قسمت موتورها و پشت کلاه. هر بخش رو جداگانه لحیم کن و تست بگیر. وقتی مطمئن شدی همه درست کار می‌کنن، اونا رو به هم وصل کن تا یه زنجیره بزرگ شکل بگیره. برای قسمت‌های ثابت جلوی کلاه، می‌تونی از ترکیب ال‌ای‌دی‌های تکی و دوتایی استفاده کنی تا نور یکدستی ایجاد بشه.

برای موتورها هم می‌تونی دو تا ال‌ای‌دی روی هر موتور و یکی پشتش قرار بدی تا موقع حرکت تیغه‌ها، نور از زیرشون ساطع بشه. برای قسمت‌های پشتی کلاه، همون نوارهای آماده نئوپیکسل بهترین گزینه‌ست و کار رو خیلی سریع‌تر پیش می‌بره.

ساخت چشم‌های رباتیک

چشم‌های کلاهخود از دو تکه نوار نئوپیکسل ساخته می‌شن. برای هر چشم از 11 عدد ال‌ای‌دی استفاده کن و اونا رو روی یه تکه فوم برد بچسبون و در قسمت جلویی کلاه نصب کن. روی چشم‌ها رو با همون پلاستیک مات بپوشون.

سیم‌های تغذیه، زمین و دیتای چشم‌ها رو به صورت موازی به مدار اصلی نورپردازی وصل کن. پلاستیک مات باعث می‌شه نقطه‌های نورانی ال‌ای‌دی‌ها مشخص نباشه و یه نور یکدست و خفن بهت بده.

باز هم یادآوری می‌کنم که قرار دادن خازن روی خط تغذیه و مقاومت روی خط دیتای نئوپیکسل‌ها رو فراموش نکنی تا مدارت آسیب نبینه. برای برنامه‌نویسی بخش نورها می‌تونی از مثال‌های کتابخونه Neopixel استفاده کنی و افکت‌های مختلف رو با سلیقه خودت شخصی‌سازی کنی.

مدل سیم‌کشی که اینجا انجام دادیم یکپارچه‌ست. اگه می‌خوای رنگ چشم‌ها جدا از بقیه قسمت‌ها کنترل بشه، باید سیم دیتای چشم‌ها رو به یه پین دیجیتال مجزا از آردوینو وصل کنی و تو کدها براش تعریف متفاوتی بنویسی.

حرکت سرووها توسط سه تا دکمه کنترل می‌شه. دکمه اول برای باز و بسته شدن سریع تیغه‌ها، دکمه دوم برای حرکت آروم و دکمه سوم برای ایجاد یه افکت موجی و جذاب طراحی شده.

تو این پروژه از دو تا برد آردوینو Pro Mini استفاده کردیم تا پردازش انیمیشن‌های نوری و حرکت موتورها با هم تداخل پیدا نکنن. چون کدهای سروو از حلقه‌های تکرار (For) استفاده می‌کنن، اجرای همزمانشون با نورپردازی روی یه برد ممکنه باعث کندی یا اختلال بشه.

کنترلر دستی (ریموت)

با یه کنترلر دستی می‌تونی تیغه‌ها رو هر وقت خواستی حرکت بدی. دکمه‌ها رو روی یه تیکه پروتوبورد لحیم کن و از یه کابل چند رشته‌ای بلند استفاده کن تا ریموت تو دستت باشه و کابلش تا پشت کلاه برسه.

باتری و مبدل ولتاژ

کل این سیستم با 5 ولت کار می‌کنه و وقتی تمام موتورها و نورها روشن بشن، حدود 4 آمپر جریان می‌کشه. تو حالت عادی و استراحت هم حدود 1.5 آمپر مصرف داره. پس باید منبع تغذیه‌ای داشته باشی که بتونه این جریان رو به راحتی تأمین کنه.

استفاده از مبدل‌های کاهنده کوچیک برای این پروژه اصلا جواب نمی‌ده و سریع داغ می‌کنن. ماژول LTC3780 یه مبدل پرقدرته که ولتاژ باتری رو با راندمان بالا به 5 ولت تبدیل می‌کنه و جریان لازم رو به مدار میده بدون اینکه داغ بشه. یه باتری لیپو 2 سل یا 3 سل برای این کار عالیه. یه باتری لیپو با ظرفیت 2200 میلی‌آمپر ساعت به خوبی جواب میده و خیالت رو از بابت تغذیه راحت می‌کنه.

یه ترفند جالب: برای اینکه بدونی باتریت چقدر جریان مداوم میده، ظرفیتش (mAh) رو تو ضریب تخلیه‌اش (C) ضرب کن. مثلا یه باتری 2000 میلی‌آمپری با ضریب 15C می‌تونه تا 30 آمپر جریان بده که برای این پروژه کاملا کافیه.

محفظه پشتی کلاه (بک‌پک)

برای جا دادن باتری و مدارها، با تیکه‌های اضافه فوم برد یه محفظه کوچیک بساز. مدارها رو روی فوم پیچ کن تا اتصال کوتاه نشن و این محفظه رو پشت کلاه یا روی لباست نصب کن.

برد توزیع برق

برای اینکه سیم‌کشی‌ها مرتب باشن و برق بین آردوینوها و موتورها درست تقسیم بشه، به یه برد توزیع برق نیاز داری. راحت‌ترین کار استفاده از یه تیکه پروتوبورده.

یه مربع 4 در 4 سانتی‌متری از پروتوبورد ببر و دو تا خط ضخیم قلع رو برای مسیرهای مثبت و منفی روش ایجاد کن. اینطوری یه ترمینال برق جمع‌وجور داری. از این برد توزیع، برق آردوینوها، دکمه‌ها و درایور موتور رو تأمین کن. یادت نره مقاومت‌های دکمه‌ها رو هم همینجا روی برد لحیم کنی.

پدهای داخلی کلاه

احتمالا پوشیدن کلاهی که داخلش پر از سیم و قطعاته، یکم آزاردهنده‌ست. می‌تونی نوارهای فومی نرم رو جاهایی که سیم‌ها با سرت تماس دارن بچسبونی تا کلاه راحت‌تر روی سرت بشینه. البته پوشیدن این کلاه باعث می‌شه سرت یکم گرم بشه که طبیعیه!

پایه نگهدارنده

چون تیغه‌ها حساسن، بهتره یه پایه شیک براش بسازی تا وقتی کلاه رو نمی‌پوشی خیالت از بابت نگهداریش راحت باشه. با چند تکه چوب یا متریال مشابه می‌تونی یه استند جذاب براش طراحی کنی.

پایان کار

خسته نباشی! پروژه هیجان‌انگیز ما تموم شد. حالا یه کلاهخود رباتیک داری که می‌تونه تو هر نمایش یا دورهمی همه رو میخکوب کنه.

امیدوارم از ساخت این گجت پوشیدنی حسابی لذت برده باشی. حتما از نتیجه کار، روشن شدن نورها و حرکت تیغه‌ها فیلم بگیر و برای بچه‌های تیم آیسی‌مدار بفرست تا با دیدن هنر دستت ما هم کیف کنیم!