Freestyle Jawajka na cztery ręce

[ethanak]

Ech, miało być dużo wcześniej... Niestety okazało się, że co prawda pandemia zmusiła mnie (a właściwie nas, bo moją kochaną też) do siedzenia w domu, ale dodała mi (nam) tyle roboty, że nie bardzo miałem czas na ukończenie projektu.

W każdym razie mam zaszczyt wreszcie przedstawić dyplomowaną wiedźmę, pannę (z gatunku tych starszych) Wolhę Nikołajewnę Androinę (dla znajomych Wonia, dla dalszych znajomych mlle Wonia).

 

I od razu wyjaśnienie: tak, mimo wyglądu jest to skończony projekt. Podobnie jak Maestro Zitaurus, Wonia to konstrukcja lalki. Wszelkie włosy, ubrania to zupełnie inna historia: po pierwsze lalkę można ubrać i ucharakteryzować różnie; raz może być złą czarownicą - innym razem dobrą babcią... po drugie pracownie krawieckie są na razie niedostępne i nic nie zapowiada, aby w najbliższej przyszłości coś się zmieniło.

Ale zacznę od początku.

Wspomniany już Ziutek co prawda sprawdził się na scenie, ale kilka "drobiazgów" znakomicie utrudniało animację. Mechaniczny (bezpośredni) napęd głowy nie pozwolił na wygodne umieszczenie joysticka, a umieszczenie przycisku sterowania dłonią na rękojeści czempuritu bardzo skutecznie uniemożliwiło animację obu rąk jednocześnie. Konstrukcja dłoni też pozostawiała wiele do życzenia - umieszczenie serwomechanizmu w przedramieniu co prawda pozwoliło na zastosowanie typowego SG90, ale przeniesienie napędu na palce było zbyt skomplikowane. Postanowiłem więc skonstruować następną jawajkę - tym razem pozbawioną tych wad.

Na pierwszy ogień poszła konstrukcja dłoni. Kiedyś kupiłem na próbę subminiaturowe serwa PowerHD 1370A - okazało się, że świetnie nadają się do tego typu konstrukcji. Są ciche, pobierają niewiele prądu, a rachityczny moment nie przeszkadza przy pracy praktycznie bez obciążenia (dłonie i oczy). Poza tym niewielkie wymiary pozwoliły na umieszczenie serwa bezpośrednio w dłoni i osadzenie palców bezpośrednio na orczyku serwa.

Większy problem miałem z opracowaniem napędu głowy. Tym razem postanowiłem, że napęd będzie całkowicie elektryczny i sterowany wyłącznie joystickiem. Dodatkowo chciałem spróbować typowej dla animatroniki konstrukcji umożliwiającej przechyły głowy nie tylko w przód, ale również na boki. Niestety - narzucające się rozwiązanie z przegubami kulowymi (takimi jak stosowanie w drążkach kierowniczych pojazdów RC) było niemożliwe do zrealizowania; dostępne w handlu były po prostu za duże, a samodzielne ich wykonanie w domowych warunkach nie wchodziło w grę. Zrobiłem kilka prób, ale okazało się, że w wykonanych na drukarce przegubach luzy są zbyt duże, aby umożliwić jakikolwiek sensowny ruch - szczególnie w lalce, która wierci się i skacze na wszystkie strony. Już miałem zrezygnować z przechyłów na boki i zastosować sprawdzony sposób z przechyłem tylko w przód... ale w międzyczasie kupiłem zupełnie w innym celu komplet różnych sprężynek. Spróbowałem więc rozwiązania, gdzie sprężyna ściąga głowę do neutralnego położenia, a serwomechanizmy pracują jedynie w trybie pociągania za drążek. I to mnie uratowało - luzy są skutecznie kasowane przez sprężynę, a za napęd mogły posłużyć takie same serwa, jak w dłoniach. Obrót głowy zrealizowałem za pomocą jeszcze jednego takiego samego serwa przekładni zębatej.

Jako że podstawowe sprawy z mechaniki miałem już rozwiązane, przyszła kolej na elektronikę. Tym razem lalka powinna działać w dwóch trybach: pierwszy to bezpośrednie sterowanie za pomocą joysticka i przełączników na rękojeści lalki, drugi to typowy w konstrukcjach Hensona sposób animacji przez dwie osoby: pierwsza robi to bezpośrednio w typowy dla jawajki sposób, druga (pomocnik) zdalnie steruje głową i zamykaniem dłoni. Jako głowny kontroler posłużył mi Arduino Pro Mini sterujący bezpośrednio serwami, do komunikacji ze zdalnym manipulatorem użyłem modułów nRF24L01+. Rękojeść jest tym razem pionowa, wewnątrz ukryte są Arduino, transceiver i przetwornica zasilająca elektronikę. Również w rękojeści znajduje się joystick sterujący głową, klawisze dłoni oraz przełącznik sterowania oczami. Klawisze dłoni mają różną wysokość ułatwiającą oddzielne manipulowanie dłońmi jednym palcem, przełącznik oczu został umieszczony tak, aby małym palcem można było bez problemu skierować wzrok lalki w odpowiednią stronę. Rękojeść jest dopasowana do konkretnej osoby - stąd widoczne na filmie trudności w animacji (film nagrywałem sam, a rozstaw joysticka i przycisków po prostu nie pasuje do mojej dłoni).

Ponieważ musiałem zrealizować sterowanie trzema serwami za pomocą pojedynczego dwuwymiarowego joysticka, musiałem użyć pewnego tricku. Przesunięcie joysticka w dół powoduje skłon główy do przodu, przesunięcie na boki obrót, przy czym pochylenie głowy na bok realizowane jest przez jednoczesne przesunięcie joysticka w bok i w dół. Co prawda przy takim sterowaniu nie jest możliwe pochylenie głowy na bok bez obrócenia jej, ale taki taki efekt można uzyskać poprzez zaangażowanie drugiego animatora-pomocnika (zdalne sterowanie pozwala na dowolne ustawienie głowy).

I tu ciekawostka. Któryś z kolei raz składając rękojeść omyłkowo przekręciłem joystick o 90°. I to był strzał w dziesiątkę: przy takim układzie można osiągnąć dużo większą precyzję w sterowaniu głową. Kontrola ruchu kciuka w linii prostopadłej do palców (a więc równoległej do osi rękojeści) jest dokładniejsza, a ta dokładność jest potrzebna przede wszystkim przy obrocie głowy.

No i oczywiście musiałem popełnić jeden błąd - zasilanie. Początkowo zakładałem akumulator LiPo 2000 mAh i moduł przetwornicy MT3608. Wszystko pięknie działało dopóki nie poskładałem tego do kupy... okazało się, że zestaw akumulator-przetwornica nie wyrabia się szczególnie przy starcie urządzenia. Co prawda układ bardzo ładbnie startował przy odłączonych serwach, ich podłączenie już po starcie umożliwiało dalszą pracę ale i tak Arduino działał niestabilnie, a przy uruchomieniu wszystkich serw układ potrafił się zresetować. Wybrałem więc rozwiązanie najprostsze: zastosowałem dwie przetwornice (oddzielna na elektronikę, oddzielna na serwa) i największy akumulator LiPo z oferty Botlandu. Ustawienie drugiej przetwornicy na 6V pomogło przy okazji serwomechanizmom. Na załączonych zdjęciach widoczne są obie przetwornice - jedna w rękojeści do zasilania elektroniki, druga z tyłu lalki pod akumulatorem (do serw).

Teraz przyszła kolej na sterownik dla pomocnika. W teorii urządzenie jest proste - Arduino, transceiver (tu użyłem wersji z anteną) kilka klawiszy, joystick... no i właśnie na joysticku się zaciąłem. Próbowałem różnych mocowań potencjometrów, ale urządzenie wychodziło mi jakieś wielkie i nieporęczne, poza tym operowanie czymś takim było piekielnie niewygodne. Chciałem sobie uprościć robotę, kupić zwykły joystick analogowy od peceta i na nim zamontować trzeci potencjometr - niestety, nie mogłem trafić na żadną sensowną ofertę w sieci. W końcu gdzieś na Thingiverse znalazłem szkic podobnej konstrukcji, no i po paru godzinach spędzonych nad OpenSCAD-em miałem gotowy projekt:

Ostatecznie całość wygląda tak jak poniżej na zdjęciu. A, i jak zwykle jakiś błąd musiałem popełnić. Skorzystałem tu z gotowej obudowy Kradexu, wymierzyłem, znalazłem akumulator który się tam mieści i... zamawiając go w Botlandzie kliknąłem na sąsiedni link. Stąd takie dziwne umieszczenie akumulatora na zewnątrz - po prostu ten model nie zmieścił się w obudowie

I tyle miałem przed pandemią. Co więc tak opóźniło opublikowanie projektu?

Otóż zarówno w lalce, jak i w sterowniku zrezygnowałem z wbudowania ładowarki. Ponieważ oba akumulatory mają identyczne złącza JST, postanowiłem zrobić uniwersalną ładowarkę z możliwością przełączania prądu ładowania. Ustrojstwo niesamowicie proste: w zwykłym module TP4056 usunąłem rezystor 1.2k i w miejsce tego podłączyłem drabinkę z kilku rezystorów oraz przełącznik obrotowy, a do wyjścia podłączyłem gniazdo JST. Niestety, przed pandemią nie zdążyłem zmontować ładowarki, a nie mogłem przecież opisać niekompletnego urządzenia!

Jeśli kogoś to interesuje, zamieszczam kody lalki i sterownika: lalka.zip

O ile kod lalki jest dość typowy, to w kodzie sterownika zastosowałem pewien trick którego nie widziałem na razie w żadnych konstrukcjach - diodę sygnalizującą połączenie radiowe z lalką. Może się komuś przyda... Schematów nie zamieszczam, bo w rzeczywistości oba urządzenia (sterownik i lalka) to płytka Arduino z podłączonymi do odpowiednich pinów transceiverem, przyciskami, diodami i tak dalej, a cała pinologia jest zamieszczona w źródłach.

Na koniec wyjaśnienie - skąd akurat takie imię? Miłośnicy fantasy pewnie już wiedzą o kogo chodzi, ale na wszelki wypadek podaję link do książki

[Treker (Damian Szymański)]

@ethanak dzięki za opis kolejnego oryginalnego projektu

[ethanak]

Z przyjemnością informuję, że mlle Wonia dostała nowe mieszkanko w Akademii Teatralnej w Białymstoku.

Ciekawe, kiedy studenci pourywają orczyki do serw

[farmaceuta]

Zeby tylko orczyki...

[ethanak]

Sterownika raczej nie połamią (o ile komuś nie przyjdzie do łba urwać antenę) a o ile wiem samej lalki się studentom nie daje do brudnych łap... ale znając studentów to wszystko jest możliwe

[_LM_]

To mówisz że Bolek i Lolek zaczną spacerować po Bielsku? To by był HIT

[ethanak]

To akurat Białystok... ale mam cos w zanadrzu co mógłbym pokazać na ulicy Niestety nie Bolek i Lolek, bo nie stać mnie na użeranie się z tzw. "spadkobiercami"

 

[farmaceuta]

5 godzin temu, ethanak napisał:

To akurat Białystok... ale mam cos w zanadrzu co mógłbym pokazać na ulicy

 

No to uchyl chociaz rombka tajemnicy.. tez jakies lalki??

[ethanak]

Żadna tajemnica. Takie dwie hybrydy (lalkoroboty), obie powstały raczej w celu sprawdzenia czy moje rozwiązania do czegoś się nadają, okazało się że nie wszystkie.

Obie lalki są w skali 1:3, czteropunktowe podwozie w układzie rombu (dwa koła z silnikami krokowymi po bokach i dwie kulki podporowe z przodu i z tyłu). W pierwszej (Księżniczce) skopane jest podwozie, w drugiej (Troll) podwozie działa świetnie, ale za to konstrukcja zawieszenia głowy jest do innej części ciała. W obu okazało się, że zawieszenie rąk na serwach to zły pomysł, Księżniczki już nie będę przerabiał, ale Troll ma jeszcze szanse (jakieś przekładnie ślimakowe, niestety silniki krokowe już się tam nie zmieszczą).

Księżniczka zasilana jest z dwóch 18650, Troll z akumulatora V20 od piły Parkside. Oba rozwiązania zdają egzamin.

Sterownik Księżniczki to bezprzewodowy pad od jakiegoś PS-a. Nie nadaje się do precyzyjnego sterowania. Troll ma dedykowany sterownik, można bardzo precyzyjnie nim kierować, w dodatku ma dodatkowe potencjometry do sterowania rękami.

Księżniczka to ESP32. Troll to RPi Pico plus RPi Zero W (wyłącznie do programowania Pico, syntezy mowy i obsługi kamerki, bez niego Troll też działa). Syntezator w Trollu to na razie Milena, docelowo Oralux. Oba rozwiązania (Pico i ESP) zdają egzamin.

Obie lalki mają możliwość wykonania sekwencji ruchów.

Jak będę  miał chwilę to zrobię jakiś krótki filmik.