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Otto97完全製作手冊 v0.9

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Step-by-Step 教你如何使用 LinkIt 7697 + Robot Shield 製作出一隻 OTTO 機器人

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Otto97完全製作手冊 v0.9

  1. 1. OTTO97 完全製作手冊 使用 LinkIt 7697 + Robot Shield V0.9
  2. 2. 什麼是 OTTO 2 ▪ OTTO DIY/DIY+ 為開源二足機器專案 • CC-BY-SA 的授權模式 • 開源的軟體 / 3D 列印檔 • 完整好用的軟體 • 豐富的衍伸變化形專案 ▪ OTTO97 為基於 OTTO DIY/DIY+ 的衍伸專案 • 延續 CC-BY-SA 的授權模式 • 使用 LinkIt 7697 + Robot Shield 來製作 OTTO • 提供詳細的製作流程 • 針對 LinkIt 7697 修改過的 3D 列印檔 • 修改過的軟體,提供較彈性介面 • 透過手機藍芽遙控 • 可用 Arduino / BlocklyDuino 開發程式
  3. 3. OTTO97 3 表情動畫 距離偵測 唱歌無線遙控 走路跳舞 播放影片
  4. 4. 我真的有能力做機器人?! 4 使用 LinkIt 7697 + Arduino IDE (會編譯上傳, 簡單修改程式) 懂一些簡單的電路接線 (能分出 VCC / GND, 發燙知道要拔線下電…) 手會鎖螺絲,用尖嘴鉗剪東西 可以的….只要你會 就可以來做 OTTO 囉~
  5. 5. 做好一隻 OTTO 你需要 5 3D列印零件電子零件 組裝工具 + 三秒膠 + 銲槍* 手機 / 平板 (iOS/Android)
  6. 6. 準備 OTTO 97 的電子零件 6 電子零件 選配 功能 NTD LinkIt 7697 主控, 並提供藍芽和 Wi-Fi 530 Robot Shield (MiniPlan 出品) 機器人擴充板 + 電池 600 SG90 9G 伺服馬達 x 4 控制關節移動 50 x 4 超音波感測器 HC-SR04P (3V~5.5V) 眼睛, 並用來測前方距離 35 MAX7219 8x8 LED 矩陣顯示模組 選配 嘴巴動畫 75 有源蜂鳴器 (3V~5V) 選配 發出聲音 5 MicroUSB 線 x 2 充電 + 下載 50 x 2 母-母杜邦線 x 10 接線 10 注意 : 因為 OTTO 拔掉充電器 (5V) 後, 就是用電池供電, 電壓大概是 3.7~4.5V 超音波感測器一定要買 HC-SR04P (3V~5.5V), 不能是 HC-SR04 (5V) 有源蜂鳴器也要買寬工作電壓 (3V~5V), 若買到只支持 5V 的會不能用 * 價格會因為購買通路的不同會有差異, 列出的價格和通路只是個參考
  7. 7. Robot Shield 簡介 8 250 mAh 可充電電池精簡的大小 All-in-One 和 LinkIt 7697 組合 可同時驅動十顆 Servo 和兩顆馬達
  8. 8. 列印 OTTO 97 的 3D 外殼 9 建議配色 : 頭部一種顏色 身體和腳另一種顏色 ▪ 請到 Thingverse 下載 3D 列印檔案
  9. 9. 準備 Arduino IDE 10 ▪ 安裝 Arduino IDE (參考) ▪ 安裝 CP2102 (USB 轉 UART) 驅動程式 (參考) ▪ 若是已安裝過 Arduino IDE, 請確認下載最新的 LinkIt 7697 支持包 • Tools > Board : “LinkIt 7697” > Boards Manager.. • 請使用 0.9.7 之後的版本
  10. 10. 下載開發用軟體 11 ▪ 到 GitHub下載最新的軟體 ZIP 包 • Repo: https://github.com/bearwbearw/OTTO97 • 直接下載 https://goo.gl/g3AbD4 ▪ 解壓縮到 Arduino 預設的Sketchbook 位置 解壓縮放過去
  11. 11. 軟體說明 12 libraries 主要是 OTTO 這個物件的實作, 包含會用到的一些涵式庫 OTTO_Calibration 製作 OTTO 時會用到的校正程式, 包含 LinkIt Remote 的控制介面 OTTO_Demo 控制 OTTO 的範例, , 包含 LinkIt Remote 的控制介面 OTTO_UinitTest_XXXX 單獨測試各項周邊硬體的,通常都是發現周邊硬體無法正常運作, 可使用這叫乾淨的程式來做測試已排不問題 OTTO_Calibration OTTO_Demo
  12. 12. 下載 LinkIt Remote Arduino 寫幾行 code 手機端自動生成 UI 控制 詳細使用說明 13 iOS/Android 的手機 平板皆能使用
  13. 13. 準備工作已完成 開始製作~ 首先先確認電子電路部 分都能正常運作
  14. 14. OTTO 電子零件 ▪ LinkIt 7697 ▪ Robot Shield ▪ 伺服馬達 x 4 • OTTO 才會動 ▪ 超音波 • OTTO 才有眼睛 • OTTO 可以測前方距離 ▪ 有源蜂鳴器 • 選配 • OTTO 可以唱歌 ▪ 8x8 LED 矩陣 • 選配, 需用到焊槍 • OTTO 會有嘴巴圖案 先大概看一下接法。後 續步驟會一個一個接上
  15. 15. 組合 LinkIt 7697 + Robot Shield 16 ▪ 組合 LinkIt 7697 和 Robot Shield, 注意方向性 (兩個 USB 頭會在同 一測) ▪ 接上兩條 USB 線 • A : 下載用,接到電腦 • B : 充電用,可接到 5V 充電器或是 接電腦 ▪ 上頭的兩個 LED • 綠色 : 電量充足 • 紅色 : 電池快沒電了 - + s s USB USB AB 電池電量提示 LED
  16. 16. 燒錄 OTTO_Clibration 17 ▪ 使用 Arduino IDE ,打開 OTTO_Calibration.ino ▪ 編譯並下載到 LinkIt 7697 ▪ 打開 LinikIt Remote,找到你的 LinkIt 7697 並打開校正測試用 UI 若環境中有多人使 用,建議改個名字, 不然不知道是不是 連到自己的 最多 9 個字元
  17. 17. 電子零件組裝 第一步 組裝 伺服馬達 (Servo)
  18. 18. 連接 伺服馬達 務必再三確認接線的方 向性要正確, 橘色為信號 (S), 紅色為電源(+), 深咖 啡或黑色為接地(-) - + s s + - PMW VCC (from Battery) GND P5: 左腳 P15: 左腿 P11: 右腳 P16: 右腿
  19. 19. 打開電源測試 ▪ 打開 Robot Shield 電源, 伺服馬達才會 被供電 ▪ 使用 LinkIt Remote 打開校正測試畫面 ▪ 壓住 Walk : 伺服器會一直左右旋轉 ▪ 點選 Home :四個伺服器會回到初始位置, 關節是鬆的 ▪ 點選 Stiff :四個伺服器會回到初始位置, 關節是緊的 (會一直有訊號輸出, 耗電) - +s s + - 往左為開 四個伺服器都能正確 運動,代表我們安裝 正確
  20. 20. 電子零件組裝 第二步 組裝 超音波測距 (Ultrasonic Sensor)
  21. 21. HC-SR04P vs. HC-SR04 22 ▪ HC-SR04P 使用電壓較廣,為 3V~5.5V • 請務必確認使用的是 HC-SR04P ▪ HC-SR04 使用電壓為 5V • 若誤用這一個,有接著 USB 電源 (5V) 時是可以用,但拔掉後用電池供電 (3.7~4.2V) 就無法驅動了 兩種正面都是寫 HC-SR04 喔
  22. 22. 調整模組針腳角度 23 ▪ 模組的針腳原始是朝下,最後 組裝時會卡到 LED 矩陣 ▪ 將針腳彎成 90 度,朝向後方 可以把模組的針腳靠 在桌上,往旁邊施力 就會整排彎曲了
  23. 23. 連接 超音波測距模組 24 ▪ 依照右圖的方式接線 • VCC : P2 的電源 (+) • GND : P2 的接地 (-) • Trig : P2 的訊號 (S) • Echo : P3 的 訊號 (S) 這模組的正反面都有印 VCC/Trig/Echo/GND,若 沒注意很容易接錯 請務必確認接線正確性,若 發燙則馬上拔掉再次確認接 線方式
  24. 24. 測試 超音波測距模組 25 ▪ 使用 LinkIt Remote 的校正測試,打開超 音波測試功能 (右圖箭頭指的開關) ▪ 在 Arduino IDE 打開 列埠輸出監控視窗 (Serial Monitor) ▪ 可以在監控視窗看到感測距離,應該會隨著 物品接近移開數值有改變 (右下圖) ▪ 測完再點選一次開關,關閉超音波測試功能 若有東西靠近但輸出訊號只有 999.00 cm,表示有問題, 請確認以下幾點: 1. 確認接線正確性 2. 確認 校正測試畫面的 US 開關有打開 2. 確認 Robot Shield 電源有打開
  25. 25. 電子零件組裝 第三步 組裝 蜂鳴器 (Buzzer)
  26. 26. 蜂鳴器的分類 我們是用有源蜂鳴器, 才能唱出各種聲音 ▪ 有源蜂鳴器 • 需要給外部訊號源,才能發出聲音 • 可以發出不同的聲音 ▪ 無源蜂鳴器 • 只需通電就會發出聲音 • 只會發出一種聲音
  27. 27. 連接 蜂鳴器 28 ▪ 依照右圖的方式接線 • 蜂鳴器的 + 連接到 P4 的訊號 (S) • 蜂鳴器的 - 連接到 P4 的接地 (-) P4 是左邊上面屬下來第 三排排針, 不要接錯喔
  28. 28. 測試 蜂鳴器 29 P4 是左邊上面屬下來第 三排排針, 不要接喔 ▪ LinkIt Remote 的校正測試,打開蜂鳴器測 試功能 (右圖箭頭指的開關) ▪ 若接線正確,會聽到 OTTO 會唱出不同的 聲音 若 OTTO 沒有唱歌, 請確認以下幾點: 1. 確認接線正確性 2. 確認 蜂鳴器測試(BUZ) 開關有打開 3. 確認 Robot Shield 電源有打開 (往左邊) 4. 確認零件是正確的 (有源蜂鳴器,3V~5V 工作電壓)
  29. 29. 電子零件組裝 第四步 組裝 LED 矩陣 (8x8 LED Martrix)
  30. 30. 模組修改說明 ▪ 因市售(較便宜的)模組較大顆, 針腳必須移除才能順利組裝, 需要動 用到工具(尖嘴鉗, 焊接技術) 來修改,稍有難度請自行斟酌 ▪ 若沒把握可以先跳過這一模組,之後可以再加回來 簡單說就是~ 1. 把左邊的輸出腳切掉 2. 把右邊的輸入的針腳 移除並解焊掉 3. 焊上杜邦線 後面有詳細步驟
  31. 31. 連接 8x8 LED 模組 32 ▪ 先確認未修改的模組可正常運作 ▪ 依照右圖的方式接線 • (下一頁有放大圖) • VCC : P7 的電源 (+) • GND : P7 的接地 (-) • DIN : P7 的訊號 (S) • CS : P8 的訊號 (S) • CLK : P9 的訊號 (S) 尚未動刀和動用焊槍前先 確認硬體是好的,可以幫 助釐清是不是修改時出了 問題
  32. 32. - + s s + - +- P7: DIN P8: CS P9: CLK VCC Trig Echo Gnd VCC GND DIN CLK CS
  33. 33. 測試 8x8 LED 矩陣 34 ▪ 使用 LinkIt Remote 的校正測試,打開 LED 測試按鈕 (右圖) ▪ LED 矩陣會依序出現各種 OTTO 的嘴形 (下圖) ▪ 測完再點選一次關閉 LED 測試功能 若沒反應,請重啟 LinkIt 7697 ,再次開 關 LED 測試功能 重啟按鈕
  34. 34. 模組再加工 35 用尖嘴鉗減掉輸出端的針腳 用尖嘴鉗輸入端的針腳 (含塑膠) 解焊針腳 (參考影片 : https://goo.gl/rjS3Mr) 準備五條母頭的杜邦線 從後面焊上去 影片內的解焊技 巧容易造成焊錫 的飛濺,務必要 做好防護,且一 定要戴護目鏡
  35. 35. 再次接線測試 36 ▪ 將改造過後的模組重新接上 ▪ 再次使用 LinkIt Remote 的校正測試 , 打開 LED 測試 ▪ 檢測是否功能正常
  36. 36. 電子電路都確認完成! 可以先把所有連接到 Robot Shield 的接線都拆掉,後續步驟 會再組裝過程中一個一個加回來 伺服馬達 超音波測距 蜂鳴器 LED 矩陣
  37. 37. 接下來就是正式開始組 裝囉~ 先來分類一下主要零件
  38. 38. 檢查伺服馬達配件包 39 伺服馬達 旋臂 x3 (只會用到最小的) 長螺絲 x 2 (鎖馬達和機殼) 短螺絲 x 1 (鎖馬達和旋臂)
  39. 39. 檢查 3D 列印腳部零件 40 右腳 左腳 腿 X 2 注意事項 : 1. 兩隻腿長得一樣 2. 腳的方向千萬不要弄錯, 沒有洞的那面朝前面 3. 怕弄錯的話,分好後可 以暫時貼的標籤紙
  40. 40. 機構件組裝 第一步 組裝 左腿 (Left Leg) 右 左
  41. 41. 固定左腳伺服馬達 42 ▪ 將一顆伺服馬達裝在左腳的地方 ▪ 鎖上兩顆長螺絲,稍微鎖緊一點, 確定馬達不會搖晃
  42. 42. 調整馬達旋轉位置 ▪ 將左腳伺服馬達連接到 P15 (Robot Shield) 左邊最下面 ▪ 使用 LinkIt Remote 的校正測試,點 一下 Stiff (僵直),讓伺服器進入起始 位置且不會隨意轉動
  43. 43. 製作腿部關節的固定器 ▪ 使用尖嘴鉗修剪旋臂,剛好可以 卡進腿部的卡榫 (右圖) ▪ 確保旋臂接馬達的平面要盡量水 平 (下圖) 44 注意事項 : 腿部關節的是否組裝的 水平且強固, 對 OTTO 是否能走得直會有很大 的影響
  44. 44. 強化左腿關節 ▪ 下一步驟我們會將螺絲,旋臂和 馬達鎖在一起,但鎖完後和腳部 還是分離的,有個空隙 (紅色箭 頭) 容易造成腿部不穩固 (右圖) ▪ 可以使用三秒膠將旋臂和腿部固 定,腿部關節會就很穩固 (下圖) Tower Pro SG90 3D 列印的腿 短的螺絲 齒輪 旋臂 45 注意事項 : 1. 三秒膠不要用太多 2. 確定乾了再組裝馬麻 3. 若沾到上圖綠色箭頭處, 馬達就 GG 不能轉了
  45. 45. 組裝左腿到身體 46 ▪ 將身體的馬達齒輪卡入腿部的旋 臂,角度盡量正。但因為齒輪齒 紋的關係, 不一定會非常正,之 後可以再用軟體調整 (右圖) ▪ 鎖上馬達付的短螺絲,將旋臂和 馬達緊緊鎖上 (下圖) 46 注意事項 : 1. 腿的前後不要裝反,有 兩個小孔的面向前面 2. 螺絲要鎖緊但不要用蠻 力,避免滑牙
  46. 46. 機構件組裝 第二步 組裝 右腿 (Right Leg) 右 左
  47. 47. 左腳 右腳 前面後面 組裝右腿到身體 ▪ 依照左腿相同的步驟,組裝右腿到身體 ▪ 右腿的伺服器馬達接到 P16
  48. 48. 機構件組裝 第三步 校正 雙腿 (Calibration Legs) 右 左
  49. 49. 校正雙腿 50 左腿 右腿 校正前 校正後 ▪ 因為伺服器和旋臂的齒紋是一齒一齒,裝上去不可能完全很正 ▪ 使用 LinkIt Remote 的校正測試,調整第一個第二個捲動軸來微 調腿部角度 ▪ 調整完後按下 “Save” 儲存設定值
  50. 50. 機構件組裝 第四步 組裝 左腳 (Left Foot) 右 左
  51. 51. 左腳馬達走線 52 ▪ 將伺服馬達的線穿過腿的底部, 從腿的內側孔穿出,並穿過身體 底部的孔 (右圖) ▪ 右腳的伺服馬達接到 P5 (下圖) 52 P5 是左邊數下來第四 個接腳
  52. 52. 組裝 左腳 關節 ▪ 使用尖嘴鉗修剪旋臂,剛好可以 卡進腳部的卡榫 (右上圖) ▪ (腳部的機構設計馬達後面會被 卡住想對較穩,可以依狀況判斷 是否需要使用三秒膠固定旋臂和 腳部) ▪ 組合馬達和旋臂,使用短螺絲, 將旋臂和馬達緊緊鎖上 (右下圖) 5353 馬達要用校正測試軟體 控制在僵直(Stiff)狀態, 組裝才會正確
  53. 53. 組裝 左腳 到 左腿 54 ▪ 整理伺服馬達的線,反摺上去, 將馬達塞入腿部之中 (下圖) ▪ ▪ 邊收線邊將馬達慢慢塞到最上 面 (右上圖) ▪ ▪ 鎖上一顆長螺絲,將腳部的馬 達固定在腿部 (右下圖) 5454 右圖這一面是 背面喔 注意不要裝錯
  54. 54. 機構件組裝 第五步 組裝 右腳 (Right Foot) 右 左
  55. 55. 組裝 右腳 到 右腿 ▪ 依照左腳相同的步驟,組裝右腳到右腿,腳不一定很平沒關係,可 以用軟體調校 ▪ 右腿的伺服器馬達接到 P16
  56. 56. 機構件組裝 第六步 校正 雙腳 (Calibration Feet)
  57. 57. 校正雙腳 58 左腳 右腳 校正前 校正後 ▪ 因為伺服器和旋臂的齒紋是一齒一齒,裝上去不可能完全很正 ▪ 打開 LinkIt Remote,載入校正測試畫面,調整第三個和第四個 捲動軸來微調腳部角度 ▪ 調整完後按下 “Save” 儲存設定值
  58. 58. 機構件組裝 第七步 組裝 控制板 (Robot Shield)
  59. 59. 組裝 控制板 到 身體 ▪ 腳部出來的線,移到盡量靠後面 (綠 色箭頭),留下更多空間給之後要裝 的 LED 矩陣 (右上圖) ▪ 將控制板的 USB 和開關對準身體後 面的三個孔, 微微插入 (右下圖) ▪ 將 Robot Shield 鎖在身體上 (使用 Robot Shield 配的螺絲 (下圖) 6060 左圖這偷懶可 以只鎖對腳的 兩顆螺絲
  60. 60. 機構件組裝 第八步 裝回周邊硬體 (Ultrasonic, Buzzer, LED Matrix) 右 左
  61. 61. 後續步驟依照這接線圖接回去 - + s s + - +- VCC GND DIN CS CLK VCC Trig Echo Gnd P7: DIN P8: CS P9: CLK P4: Buzzer P2: Trig P3: Echo
  62. 62. 接回 蜂鳴器 63 ▪ 將蜂鳴器朝下,塞到身體左後方的 洞洞 ▪ 依照圖示將線路接回
  63. 63. 接回 超音波測距模組 64 ▪ 使用銼刀將頭部眼睛的孔修齊 ▪ ▪ 塞入超音波測距模組當眼睛,依照圖示將線路接回
  64. 64. 接回 8x8 LED 矩陣 65 ▪ LED 矩陣模組後面貼上膠帶,因為和控制板位置很近,須避免可能造 成的短路 ▪ ▪ 依照圖示將線路接回,塞到身體前面的空間,接線位置朝右
  65. 65. 裝上 頭部 666666 完工!! ▪ 組裝上頭部,利用校正測試應用在做最後測試
  66. 66. 執行範例應用
  67. 67. 執行範例 ▪ 在 Arduino IDE 內打開 OTTO_Demo.ino ▪ 編譯並燒錄到 OTTO 內 ▪ 使用 LinkIt Remote 連上 OTTO 以載入控 制介面,就可以開始控制囉~ 6868 有時候 LinkIt Remote 換顯示舊的名 稱,連線後殺掉 LinkIt Remote,重 新開啟就會正常,這問題主要是 iOS 有時會幫忙記住藍芽連線的名稱 (名稱顯示錯不影響操作~) * 超音波打開時, 離物體 10cm 就會停止前進
  68. 68. 什麼,BlocklyDuino 也 可以編輯程式來控制我?!
  69. 69. 707070 請使用新版的 BlocklyDuino 才有喔,可以到這下載 依照硬體接線方式 設定好腳位,就已 讓 OTTO 動起來囉
  70. 70. 問題回報和交流
  71. 71. ▪ Arduino / LinkIt Remote 相關問題 • 請來這發 Issue ▪ OTTO97 相關問題 • 請來這發 Issue ▪ BlocklyDuino 相關問題 • 請來這發 Issue 有問題請到下面連結來問 72 727272 727272 也歡迎到 FB 的 “LinkIt 開發者社群” 來分享和問問題

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