[教學文]你好,我會走路、唱歌跳舞跟偵測障礙物喔!——一起動手做超級卡哇伊的機器人OTTO97(上)

  OTTO97OTTO for LinkIt 7697是一個衍生自OTTODIY的機器人專案,利用 LinkIt 7697 及Robot Shield製作出有趣又古錐的雙足機器人。OTTO具備什麼能力呢?它能夠行走、跳舞、唱歌及偵測障礙物的能力,還能顯示嘴部的表情動畫呢!

作者/攝影

文圖轉載自MediaTek Lab官方網站 ,感謝聯發科技創意實驗室授權,特此致謝。而OTTO97(OTTO for LinkIt 7697)為衍生自 OTTO DIYOffical Site / Github / Thingiverse)的專案。

文章分類教學技術文
時間

成本
難度
材料表
  • Robot Shield V1*1

  • LinkIt 7697*1

  • MicroUSB x2

  • Tower Pro SG90 伺服馬達(Micro Servo 9gx4(附轉軸支架以及二長一短的螺絲)

  • HC-SR04P超音波感應器,工作電壓範圍3V~5.5Vx1

  • MAX7219 8×8 矩陣式 LED顯示模組 x1(選配)

  • 被動式(有源)蜂鳴器 x1,工作電壓範圍3V~5V(選配)

  • 3D 列印出機器人各部位零件(頭、身體、腿 x2、腳底板 x2

組裝前需具備的技能

  • 能使用Arduino IDE 進行 LinkIt 7697基本操作。

  • 了解如何使用LinkIt Remote應用程式連結LinkIt 7697。

  • 基本電路接線概念。

  • 基本焊接能力(若想替OTTO97加上嘴部動畫顯示)。

 

材料準備注意事項:

  準備材料表中的各項元件時,請確認使用的是寬工作電壓版本,以免進行後續步驟時,產生無法運作的狀況。

 

小提醒:

  • 超音波感測器的型號需為HC-SR04P(工作電壓範圍3V5.5V),而非只能支援5V電壓的HC-SR04。兩者在外觀上非常相近,需特別注意。
圖1-1

 

圖1-2

 

2. 被動式(有源)蜂鳴器需支援3V5V的工作電壓,請勿選擇僅能使用於5V電壓的版本。

 

需要準備哪些工具?

  • 智慧型手機(iOS/Android 皆可,用來執行伺服馬達校正及主控程式。)
  • 3D 印表機
  • 焊槍(非必要,但若要顯示嘴部動畫,則需要rework矩陣式LED模組以方便安裝。)
  • 快乾膠(非必要,可用來加強組裝強度。)

其他可幫助組裝的工具如下:

圖2

 

相關程式碼:

  可從 https://github.com/bearwbearw/OTTO97 取得 OTTO97 相關程式碼資訊:

目錄名稱說明
librariesOTTO 相關的函式庫
OTTO_Calibration測試與校正 OTTO 的 sketch 程式
OTTO_Demo控制 OTTO 基本動作的 sketch 程式
OTTO_UnitTest_Buzzer測試被動式蜂鳴器的 sketch 程式
OTTO_UnitTest_LEDMatrix測試 LED 顯示矩陣的 sketch 程式
OTTO_UnitTest_Servo測試伺服馬達的 sketch 程式
OTTO_UnitTest_Ultrasonic測試超音波感應器的 sketch 程式
3D_STLOTTO 零件的 3D 列印檔案

 

怎麼組裝OTTO97?

Step1:以3D 列印出 OTTO 本體零件。從 Thingiverse 下載所需3D檔案,此 3D 檔案基於 OTTODIY 專案修改而成,以適於LinkIt 7697 + Robot Shield使用,所有零件包含:頭、身體、腿 x2、左腳底板、右腳底板共六個元件。

圖3

 

Step2:下載並安裝 Arduino 相關函式庫及應用程式。從專案 GitHub 頁面下載相關函式庫和程式,並將其解壓縮至 Sketchbook 所在目錄。

圖4-1

 

圖4-2

 

圖4-3

 

Step3:啟動裝置校正測試程式。首先開啟Arduino IDE,選擇Step2中下載的OTTO_Clibration.ino範例並上傳至LinkIt 7697執行。之後,在手機上安裝並執行LinkIt Remote,開啟後就會看到名為「OTTO CAL」的裝置。最後,點選 「OTTO_CAL」 後,即可透過藍芽連接LinkIt 7697,並開啟裝置校正相關介面。

圖5-1

 

圖5-2

 

圖5-3

 

Step4:連接伺服馬達。(1)將LinkIt 7697接上Robot Shield,並確認安裝方向是否正確(開發板與擴充板的 USB 接頭應在同一側)。(2)透過USB線將LinkIt 7697連接至PC電腦。(3)透過USB線將Robot Shield連接至5V電源(亦可透過PC供電),保持電池充電。(4)如下圖,將四個伺服馬達連接至Robot Shield。(5)開啟Robot Shield的電源(以附圖方向為例,開關撥至左方為開啟)。

圖6-1

 

(6)按下校正程式中的「Walk」按鈕,確認是否四個伺服馬達都會動作。(7)按下「Home或「Stiff」按鈕使伺服馬達轉軸(懸臂)回到初始位置。

圖6-2

 

按鈕說明:

  • Home 按鈕:使伺服馬達轉軸停在初始位置(OTTO處於直立狀態),並鬆開馬達內部與轉軸之間的連結;此時可從外部施力任意轉動馬達轉軸。

  • Stiff 按鈕:使伺服馬達轉軸停在初始位置(OTTO處於直立狀態),且持續輸出PWM訊號保持馬達內部與轉軸間的接合。此時外部若有過大力道轉動轉軸,可能會損壞伺服馬達。

  • 組裝過程中,通常會讓伺服馬達處於「Stiff狀態」。

 

Step5:連接超音波感應器。(1)如下圖,利用尖嘴鉗等工具將感應器模組的排針彎曲 90 度(或將針腳靠在桌上,往旁邊施力即能彎曲整排針腳),避免後續組裝時卡到LED模組。

圖7-1

 

(2)將HC-SR04P連接至Robot ShieldP2P3

圖7-2

 

小提醒:

照上圖連接時,需特別注意超音波模組的正反面方向、以及 Trig / Echo 接腳位置,若連接錯誤可能造成模組發燙,需儘速拔除接線,以免元件損壞。

 

(3)點選 US 開關,將可在 Serial Monitor 看見感應器偵測到的距離。

圖7-3

 

圖7-4

 

小提醒:

  • HC-SR04(5V)和HC-SR04P(3V~5.5V)外觀非常相似,請務必確認購買的元件是HC-SR04P。

  • 由於Robot Shield的VCC電源來自內建的鋰電池,供電電壓範圍為7V至4.5V,因此無法驅動HC-SR04。HC-SR04 在電壓不足的狀況下,從Serial Monitor只會看見 999.00cm的偵測值。

 

Step6:連接被動式蜂鳴器(非必要步驟,但安裝後可讓OTTO具有唱歌的能力)。(1)將被動式蜂鳴器連接至Robot ShieldP4

圖8-1

 

(2)點選 BUZ 開關,將可聽見蜂鳴器發出聲音。

圖8-2

 

Step7:連接 8×8 矩陣式LED顯示模組(MAX7219(非必要步驟,但安裝後可顯示 OTTO 的嘴巴)。

(1)由於OTTO頭部內的空間限制,安裝顯示模組時,需rework將模組的排針移除,改由直接焊接杜邦線以節省空間。若是不熟悉焊接操作,可略過此步驟。(2)開始rework前,可先測試 8×8 矩陣式LED顯示模組是否能正常運作。如下圖所示,將顯示模組連接至擴充板的P7P8P9

圖9-1

 

(3)點選LED開關,應可看見8×8 矩陣式LED模組開始顯示不同的圖案。

圖9-2

 

(4)若上一步驟結果正常,即表示顯示模組功能無誤,接下來可進行rework(需使用焊接工具)。(5)將顯示模組的輸出針腳剪斷(如下圖左側)。(6)移除模組的輸入針腳,並從模組背面焊接五條杜邦線至對應的孔位。

圖9-3

 

(7)再次將8×8矩陣式LED顯示模組連接至 Robot Shield,並透過手機的校正測試APP,確認運作正常。

圖9-4

 

  此步驟完成後,即完成所有電子元件測試,接下來將進行零件組裝。在此前,請先將擴充板上的接線全部解開,之後的組裝步驟會再說明對應機構的接線方式。

  文章至此,讀者們是否更加期待親自完成一台OTTO97呢?考慮到文章的長度,接下來的步驟,我們將於下回分解,敬請期待。若讀者們想購買LinkIt7697 + Robot shield,歡迎前往機器人王國挑選,謝謝。

 

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