[02-2020] Игрушка-аниматроник Bluechicken

[бабулер45]

Игрушка-аниматроник Bluechicken

Д. МАМИЧЕВ, л. Шаталово Смоленской обл.

Аниматроник — это механизм, созданный и запрограммированный на определённые движения и мимику, имитирующий живые организмы. Чаще всего — это электронные куклы, которые используют для видеосъёмок, в театральных постановках, развлекательных аттракционах или просто в играх.

На рис. 1 представлен аниматроник, внешне напоминающий цыплёнка, которым можно управлять. Схема игрушки дана на рис. 2. Движение частей куклы обеспечивают три сервопривода SG90. Привод А2 обеспечивает вращение "глаз" цыплёнка, АЗ — движение "рта" ("клюва"), АЗ — повороты "шеи". Дополнительно виброзвонок М1 создаёт дрожание его "шевелюры", а светодиоды HL1, HL2 — свечение белков "глаз”. Управление динамикой куклы производится с помощью переменных резисторов R2—R4 и кнопки SB1. Для удобства управления и получения навыков желательно использовать трёхосевой джойстик с кнопкой. Кнопка позволяет управлять либо свечением "глаз", либо шевелением причёски куклы. Для этих целей предусмотрен разъём с гнездом XS1 и вилками ХР1, ХР2 (любые малогабаритные). Замыкая контакты кнопки, в зависимости оттого, какая вилка подключена к гнезду XS1, включают вибромотор или светодиоды подсветки "глаз". Если имеется возможность использовать двухкнопочное управление (задействованы две руки оператора), можно использовать обе функции одновременно. В этом случае скетч придётся откорректировать, "прописав" в нём вторую кнопку и задействовав ещё один выход платы Arduino uno. Автор использовал самодельный джойстик (рис. 3), но можно приобрести изделие заводского изготовления, например серии JH-D400X-R4 (рис. 4). Сигналы с джойстика преобразуются в соответствующие повороты валов сервоприводов благодаря работе скетча TEST B. Скетч загружают в плату Arduino uno.

Конструкцию аниматроника поясняет рис. 5. Каждый привод образует свой механический модуль. На фанерном основании-подставке 1 находится алюминиевая Г-образная пластина 2. Элементы скреплены посредством винта и гайки 3 с резьбой М3. Размеры основания — 95x170 мм, толщина — 6 мм. Размеры заготовки пластины толщиной 1 мм — 107x205 мм. Для придания жёсткости у пластины сделаны боковые бортики шириной 6 мм. Над основанием расположены модуль "рот" 4, модуль "глаза" 5 и модуль "шевелюра" 6. Сзади, на уровне модуля 4, расположены элементы модуля "шея" 7. Внизу, через пару изоляционных прокладок, к пластине приклеен контактный разъём приводов и питания 8 с информационным шильдиком 9.

На рис. 6 показано устройство модулей "глаза" и "шеи". "Глаза" 1 изготовлены из пластмассовых сфер, извлечённых из пустых футляров от шариковых дезодорантов. В них высверливаются по два отверстия для проводов, которыми подключают светодиоды и крепят их на шестерни 3. Сами шестерни свободно посажены на отрезки стального вала длиной 20...25 мм (эти элементы извлечены из старого принтера). Отрезки вклеивают в пластмассовое основание 4 толщиной 4 мм и размерами 90x40 мм. Светодиоды с токоограничивающими резисторами расположены внутри сфер. Использованы светодиоды красного свечения диаметром 3 мм. Зрачки выполнены из самоклеющейся плёнки синего цвета и изоляционной ленты чёрного цвета. В его центральной части вырезают прямоугольное окно для крепления сервопривода. Качалка сервопривода вклеена в шестерню 2. Предварительно, если необходимо, её центральное отверстие растачивают круглым напильником под размеры головки качалки. Отверстия под отрезки вала высверливают "по месту" так, чтобы зубья шестерней надёжно входили в зацепление и не клинили их при вращении.

Элемент "шеи" 6 — П-образная стальная пластина 5, которая механически связывает модули "глаза" и "рот". Размеры заготовки пластины — 40x70 мм. В ней высверлены четыре отверстия: два — для крепления пластины 4, одно — для крепления пластины 5 и центральное — для крепления оси вращения "шеи" 9. На этой оси с помощью гаек М4 жёстко зафиксирована шестерня 7 (извлечена из старого видеомагнитофона). Гайки и контршайба 8 обеспечивают свободное вращение оси с шестернёй 7 относительно алюминиевой пластины 14. П-образная скоба 10 создаёт второй подшипник скольжения опоры оси 9. Шестерня 12 закреплена аналогично шестерне 2. Пластина-переходник 11 из пластмассы позволяет регулировать за счёт поворота зазор между шестернями 12 и 7. Для этого крепёжное отверстие под одним из винтов (лучше нижний) делают немного больше диаметра его резьбы. Элемент 13 — стальная стойка для крепления бумажной шевелюры ани-матроника. Размеры используемых шестерён не критичны и могут быть от 25 до 45 мм.

Конструкцию "клюва" поясняет рис. 7. К пластмассовому основанию 3 с помощью двух Г-образных резьбовых стяжек прикрепляют сервопривод 5. Размеры основания — 70x50 мм. Винт и гайка 4 (М4) крепят к стальной пластине (элемент "шеи"). "Клюв" 2 выполнен в стиле оригами из листа цветной бумаги формата А4. Внутрь его карманов вставлен для жёсткости тонкий пластиковый квадрат, согнутый по диагонали и повторяющий контур клюва. Прозрачный пластик взят от упаковки бритвенного набора и имеет достаточную жёсткость для восстановления исходной формы (в свободном состоянии "клюв" открыт) после снятия усилия качалки сервопривода 5. Качалка удлинена пластмассовым пальцем 6 с винтом 7. Головка винта при движении качалки сдвигает нижнюю часть клюва к неподвижной верхней, а при обратном движении уже сама следует за качалкой за счёт сил упругости.

Пластиковая вставка крепится к пластине 3 с помощью двух строительных скоб. Их вставляют в предварительно просверленные в заготовках отверстия и сгибают, соединяя механически вставку "клюва" и пластину. Сверху вставку закрывают бумажным "клювом". Ролик с алгоритмом изготовления рта можно, например, просмотреть по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=bjcOVB8-3kY. Резиновое кольцо 1 (извлечено из старого принтера) ограничивает движение шестерни глаза вниз на стальном валу.

Шевелюра 1 (рис. 8) изготовлена из половины листа А4. На нём размечают линии с шагом 5 мм и нарезают полоски, не доводя разрез до края на 20...25 мм. Затем лист обматывают вокруг каркаса, например футляра клея-карандаша, и фиксируют получившийся цилиндр отрезками липкой ленты. Далее каркас извлекают. Полоски-волосы напротив глаз завивают в чёлку, например, с помощью пластиковой авторучки, и сажают на скрепку. Вторая скрепка 2 является держателем виброзвонка 3. Его привязывают к скрепке узелком из соединительных проводов. Виброзвонок желательно подобрать с потребляемым током не более 35 мА, иначе подключать его напрямую к выходу микроконтроллера нельзя. Все соединительные провода вытягивают к контактному разъёму 8 (см. рис. 5). Резисторы R5, R6 подбирают исходя из желаемой яркости свечения "глаз", но ток через светодиоды не должен превышать 10 мА. Подборкой резистора R7 устанавливают максимальный ток через виброзвонок М1 25...35 мА.

Самодельный джойстик (см. рис. 3) состоит из двухосевого джойстика с кнопкой 1 и переменного резистора 4. Оба элемента с фрагментами плат извлечены (выпилены) из старого игрового джойстика и соединены с помощью клея через круглый пластмассовый переходник 3 в одно целое. Переходник играет роль поворотной ручки переменного резистора. Контактные разъёмы 2 припаяны к выводам на платах. Основание 5 — ролик из старого принтера, он приклеен к ручке резистора и управляет поворотом шеи аниматрони-ка. Данный вариант имеет недостаток — соединительный шлейф проводов будет подвижным относительно основания. Питается устройство от сетевого блока питания с выходным напряжением 5 В и током не менее 700 мА.