Jawajka na sterydach

[ethanak]

Dawno, dawno temu, kiedy Internet jeszcze raczkował...

Miałem niesamowite szczęście — zostaliśmy zaproszeni do zwiedzenia Studia Hensona. My — to znaczy cały zespół pewnego teatru. Łazilismy po tym studio, nasi artyści rozmawiali z ichniejszymi artystami... a ja się nudziłem jak mops.

Na szczęście Cheryl Henson to zauważyła, i po mojej informacji że jestem technikiem a nie aktorem — zaprowadziła mnie do pracowni.

Dużo mógłbym na tem temat mówić (nie wiem czy mi wolno, ale technologie chyba nie są już tajemnicą), w każdym razie szczękę z podłogi zbierałem jakiś tydzień. Kermit na selsynach (kto pamięta co to?), kostium misia (tego z reklamy Coli) nafaszerowany elektroniką chyba bardziej niż skafander Armstronga, tajemniczy proces tworzenia skóry Piggy czy czterdziestocalowy kineskopowy monitor w montażowni...

Wtedy postanowiłem sobie, że też muszę zrobić lalkę. Może nie jestem mistrzem w konstrukcji lalek, ale coś na ten temat wiem...

Problem był prosty: o ile lalki Hensona przeznaczone są do filmu (czyli trzy osoby animujące Kermita, akumulatory wystarczające na kilka minut i zasada "czego nie widzi kamera tego nie ma") — o tyle ja chciałem zrobić lalkę teatralną. Dla niezorientowanych mam proste porównanie. Lalka Hensona jest jak wyścigowy bolid, który zasuwa najszybciej jak może (ale co okrążenie trzeba mu wymienić opony razem z kołami, zatankować, najlepiej zrobić pełny przegląd a do jazdy potrzebna jest kilkuosobowa ekipa). Lalka teatralna przypomina bardziej terenówkę — wjedzie wszędzie, tankuje się raz na jakiś czas jeśli gdzieś w pobliżu jest stacja benzynowa, przegląd się robi raz przed wyjazdem, a do prowadzenia jest potrzebny kierowca sztuk jeden.

A jednak postanowiłem, że coś tam podpatrzę z Hensona, coś z typowych teatralnych lalek, i może coś wyjdzie. Wybór padł na jawajkę z dwóch powodów: po pierwsze jest stosunkowo prosta w konstrukcji, po drugie osoba która miała ową lalkę animować specjalizuje się właśnie w jawajce.

Od razu uprzedzam ewentualne pretensje i aluzje do worklogów: moim celem było zrobienie pełnej konstrukcji i sprawdzenie, czy animacja jest w ogóle możliwa. Ubranie i makijaż to inna sprawa, muszę wybrać czy będę płacić, czy nauczę się szyć (to drugie chyba bardziej mi odpowiada) czy w ogóle zostawię lalkę taką jaka jest na pamiątkę i wezmę się za następną; w każdym razie projekt jest z mojej strony skończony.

Zacząłem od założeń. Przede wszystkim postanowiłem trochę zmienić zasady ruchu głowy. W najprostszej jawajce głowa jest nieruchoma. Dodatkowe możliwości to ruch obrotowy, ew. możliwość skłonu. O ile z ruchem obrotowym nie ma problemu, o tyle różne mechanizmy przenoszące napęd na głowę bywają chimeryczne i awaryjne (a to zerwie się gumka prostująca głowę, a to coś stanie się z linką). Dodatkowo aby zmusić lalkę do skłonu głowy potrzebna jest stosunkowo duża siła. Tak więc naturalne mi się wydało zastąpienie takiego mechanizmu elektronicznym.

Chciałem również wyposażyć lalkę w możliwości w jawajkach rzadko spotykane: możliwość poruszania oczami oraz przynajmniej jedna chwytna ręka. Tu też z uwagi na samą konstrukcję jawajki i sposób animacji nie jest możliwe zrobienie tego poprzez czysto mechaniczne rozwiązania.

I tak mam zaszczyt przedstawić: Maestro Zittaurus, mistrza obojga magii, dla znajomych Ziutek (dla dalszych znajomych pan Ziutek).

"Kręgosłup" lalki (zastępujący tradycyjny kij) został wykonany z dwóch rurek: wewnętrzna grubościenna rurka wodociągowa PCW 17mm przenosi ruch obrotowy na głowę, a jej sztywność wystarczy aby się nie uginała w czasie poruszania lalką. Zewnętrzna to zwykła cienkościenna rurka instalacyjna, na której spoczywa ciężar głowy i do której mocowane są ramiona. Głowę zaprojektowałem w programie FaceGen 3d Print (bardzo dobrze działa pod Wine) jako solid model i OpenSCAD-em wyciąłem w niej miejsca na oczy oraz mechanizmy napędowe.Przewody do serw biegną wewnątrz rurki.

Użyłem tu zwykłych serw micro TowerPro SG90 przede wszystkim ze względu na ich popularność (a poza tym kilka ich miałem). Niestety — z kilku przyczyn nie było to dobry wybór, ale o tym później.

Trochę problemu sprawił mi mechanizm dłoni. Nawet najmniejsze dostępne serwa są za wielkie, aby umieścić je wewnątrz dłoni. Tym samym umieszczając serwo w przedramieniu musiałem zmienić tradycyjny sposób mocowania dłoni (sznurek) na jakiś sztywny. Myślałem na początku o czymś w rodzaju bowdena, ale w mońcu wpadłem na pomysł zastosowania podwójnego przegubu kulowego. Kule zostały wydrukowane, łączący je pręt to ucięty kawałek śruby M4 przewiercony wzdłuż wiertłem 1.8 mm.

Przycisk wyzwalający zamknięcie dłoni został umieszczony w rękojeści czempuritu. Początkowo projektowałem sterowanie proporcjonalne — ale szybko zdałem sobie sprawę, że nie ma to żadnego sensu: układ dłoni animatora na rękojeściach nie pozwala na tego typu sterowanie, dużo lepszym rozwiązaniem jest po prostu przycisk, po którego naciśnięciu zmienia się stan dłoni (zamknięta/otwarta).

W rękojeści została umieszczona cała elektronika: akumulator 18650 2600 mAh, ładowarka z zabezpieczeniem, przetwornica MT 3608 oraz Arduino Pro Mini. Do sterowania ruchami głowy i oczu służy płaski joystick oraz pierścień (żółty na zdjęciu) do obracania głową na boki. Joystick został umieszczony zgodnie z życzeniem animatorki — tak jest jej najwygodniej operować. Do kontroli stanu akumulatora słuzy dioda — jeśli zaczyna migać, warto rozejrzeć się za jakąś ładowarką.

Nie zamieszczam schematu — w końcu to trywialne podłączenie joysticka, przycisku i trzech serw do małego Arduino. Kod jest bardzo prosty, od typowego różni się wyłącznie klasą MyServo automatycznie odłączającą serwomechanizm jeśli nie jest używany przez co najmniej sekundę:

#include <Servo.h>

class MyServo: public Servo {
    public:
        MyServo(int pin);
        void writePos(int pos);
        void heartbeat(void);
    private:
        bool rlyAttached;
        int lastPosition;
        int servoPin;
        uint32_t lastMillis;
        
};

MyServo::MyServo(int pin)
{
    servoPin = pin;
    rlyAttached = 0;
    lastPosition = -1;
}

void MyServo:: writePos(int pos)
{
    pos = constrain(pos, 0, 180);
    if (pos != lastPosition) {
        if (!rlyAttached) {
            rlyAttached = true;
            attach(servoPin);
        }
        write(pos);
        lastPosition = pos;
        lastMillis = millis();
        return;
    }
    heartbeat();
        
}

void MyServo:: heartbeat(void)
{
    if (rlyAttached && millis() - lastMillis > 1000UL) {
        detach();
        rlyAttached = 0;
    }
}

#define OCZY_PIN A1
#define GLOWA_PIN A0
#define REKA_PIN A2
#define VOLT_PIN A3

#define OCZY_SRV 11
#define GLOWA_SRV 10
#define REKA_SRV 12
#define LED_PIN 13

MyServo reka(REKA_SRV), glowa(GLOWA_SRV), oczy(OCZY_SRV);

#define MINVOLT 675
#define MAXVOLT 775

void setup()
{
    reka.writePos(90);
    oczy.writePos(90);
    glowa.writePos(180);
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
    pinMode(REKA_PIN, INPUT_PULLUP);
    
}

uint32_t handStateChanged;
bool handState;
int handLevel = 180;


int headLevel = 180;
int eyesLevel = 90;

#define OKO_BL 500
#define OKO_BU 550
#define OKO_LL 250
#define OKO_LU 810

void getInput(void)
{
    int v_oko = analogRead(OCZY_PIN);
    int v_glowa = analogRead(GLOWA_PIN);
    int v_volt = analogRead(VOLT_PIN);
    bool v_reka = digitalRead(REKA_PIN);
    
    v_volt = constrain(v_volt, MINVOLT, MAXVOLT);
    v_volt = map(v_volt, MINVOLT, MAXVOLT, 100, 1000);
    digitalWrite(LED_PIN, (millis() % 1000) < v_volt);
    
    v_glowa = constrain(v_glowa, 220,490);
    v_glowa = map(v_glowa, 490,220,180,0);
    if (v_glowa == 180 || v_glowa == 0 || abs(v_glowa - headLevel) >10) {
        headLevel=v_glowa;
    }
    
    v_oko = constrain(v_oko, OKO_LL, OKO_LU);
    if (v_oko < OKO_BL) v_oko = map(v_oko,OKO_LL, OKO_BL,0,90);
    else if (v_oko > OKO_BU) v_oko = map(v_oko,OKO_BU, OKO_LU,90,180);
    else v_oko = 90;
    if (v_oko == 0 || v_oko == 180 || v_oko == 90 || abs(v_oko - eyesLevel) >= 6) {
        eyesLevel = v_oko;
    }
    if (v_reka == handState) return;
    if (millis() - handStateChanged < 200UL) return;
    handState = v_reka;
    handStateChanged = millis();
    if (!handState) {
        handLevel=handLevel?0:180;
    }
}

void loop()
{
    getInput();
    reka.writePos(map(handLevel,0,180,0,90));
    glowa.writePos(headLevel);
    oczy.writePos(180-eyesLevel);
}

Ziutek wyszedł mi całkiem nieźle (tzn. realizuje wszystko co założyłem), a teraz kolej na możliwe poprawki:

W rękojeści powinien się znaleźć wyłącznie stosunkowo ciężki akumulator wraz z ładowarką. Arduino i przetwornicę należałoby podwiesić do rurki na wysokości tułowia lalki. W tym przypadku nie wchodzi już w grę przeprowadzenie przewodów wewnątrz rurki, ale rozwiązanie tego nie powinno być problemem. Dodatkowo należałoby wyprowadzić na jakimś gnieździe interfejs UART.

Przycisk sterujący otwarciem/zamknięciem dłoni powinien być zdublowany na rękojeści.

Sterowanie ruchami głowy powinno być możliwe za pomocą jednego palca. W ten sposób uzyskam pewniejszy chwyt rękojeści i możliwość łatwiejszego operowania manipulatorami oczu i dłoni. Sama rękojeść powinna być dopasowana do dłoni konkretnego animatora.

No i oczywiście należy zastosować inne serwa; jakie — o to już będę pytał we właściwym dziale.

W razie pytań jestem do dyspozycji.

[Treker (Damian Szymański)]

Właśnie zaakceptowałem Twój opis, możesz go teraz zgłosić do akcji rabatowej umieszczając link w temacie zbiorczym. Dziękuję za przedstawienie ciekawego projektu, zachęcam do prezentowania kolejnych DIY oraz aktywności na naszym forum

[Leoneq]

Muszę powiedzieć, bardzo ciekawy i oryginalny projekt. Przy odrobinie chęci można by z tego zrobić animatronika na halloween z miotaczem ognia, chociaż do teatru to słaby pomysł XD Z ciekawości się jeszcze zapytam, na czym drukowałeś?

[ethanak]

Najprostsza Anetka A8, parę wzmocnień i przerobiona oś Y. Filament to  PLA Monstick (kremowy, głowa i ręce, tęczówki oczu to jakiś transparent po 6 PLN za 100g) i Colorfill (cała reszta).

Miotacza ognia w teatrze nie zastosujesz (gdzieś  w latach 70-tych weszły bardzo restrykcyjne przepisy), ale świecę dymną możesz zastosować (elektroniczną, nie chemiczną).

W razie czego pytaj dalej - może powstanie coś fajniejszegoniż dynia z ledą w środku...spróbujesz?

[Leoneq]

jak znajdę czas, moze i spróbuję XD jak na anetę ładnie ci wyszło, nie widać za bardzo ghostingu. Na jakiej prędkości drukowałeś?

[ethanak]

Prędkość 70 (nie chciało mi się czekać cały dzień aż się nos wydrukuje). Wtedy miałem igusy tylko na osi X, ale coś takiego daje potężnego kopa.

Ogólnie lubię swoją Anetkę

[Leoneq]

To muszę przyznać, dość elegancko Ci to wyszło. Ile ja u siebie walczyłem z szybkimi i ładnymi wydrukami na anecie...

[ethanak]

Trochę czasu minęło, ale mogę zaprezentować Ziutka w akcji:

Niestety - w czasie malowania ktoś unieruchomił cały mechanizm prawej dłoni, nie miałem czasu tego poprawiać przed nagraniem - obraz na ekranie to lustrzane odbicie (animowana jest lewa dłoń). Ze ścieżki dźwiękowej starałem się wyciąć rzężenie serw, ale nie wszędzie było to możliwe.