Emo:基于树莓派 4B DIY 桌面伴侣机器人

基于树莓派 4B 的机器人

Cherry

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项目状态:已完成
开放度:公开
所属分类:电子
发布时间:2023-06-29
最近更新:2023-07-06

详细说明

简介

Emo 是一款个人伴侣机器人,集时尚与创新于一身。他的诞生离不开最新的树莓派 4 技术和先进的设计。他不仅仅是一款机器人,更是一个活生生的存在。与其他机器人不同,他拥有独特的个性和情感,能够俘获你的心灵。

请欣赏介绍视频:
https://www.bilibili.com/video/BV14V411M7qg/ (下方视频如无法显示请点此链接查看)

链接表


文件库

Circuit.zip
[1184326 Bytes at 2023-07-03, 125 次下载]

3D Design.zip
[3976675 Bytes at 2023-07-03, 224 次下载]



教程

组件清单
  • - 树莓派 4B × 1
  • - 微雪 2 英寸 IPS LCD 显示屏(240×320 分辨率) × 1
  • - SG90 型舵机 × 2
  • - MG90 型舵机 × 1
  • - 16 路 12 位 PWM 舵机驱动板 × 1
  • - 801S 震动传感器模块 × 1
  • - 单路 TTP223 触摸传感器模块 × 1
  • - 8 Ω 0.5 W 扬声器模块 × 1
  • - PAM8403 双声道立体声音频放大器模块 × 1
  • - 5 x 7 cm 双面通用 PCB 原型板 × 1
  • - 40 针 2.54 mm 直插式排针排母连接器(分离式针座) × 1
  • - 304 不锈钢 CSK 沉头十字螺栓 M2 × 10
  • - M3 x 10 mm CHHD 螺栓螺母套件 × 1
  • - M3 x 20 mm CHHD 螺栓螺母套件 × 1
  • - B-30-1000 电路板飞线(有 PVC 绝缘外层) × 1
  • - 2 mm 厚亚克力板 × 1

硬件部分

  • 树莓派 4B

  • 微雪 2 英寸 IPS LCD 显示屏(240×320 分辨率)

  • SG90 型舵机 |2

  • MG90 型舵机

  • 16 路 12 位 PWM 舵机驱动板

  • 801S 震动传感器模块

  • 单路 TTP223 触摸传感器模块

  • 8 Ω 0.5 W 扬声器模块

  • PAM8403 双声道立体声音频放大器模块

  • 5 x 7 cm 双面通用 PCB 原型板

  • 40 针 2.54 mm 直插式排针排母连接器(分离式针座)

  • 304 不锈钢 CSK 沉头十字螺栓 M2 |10

  • M3 x 10mm CHHD 螺栓螺母套件

  • M3 x 20mm CHHD 螺栓螺母套件

  • B-30-1000 电路板飞线(有 PVC 绝缘外层)

  • 2mm 厚亚克力板

软件部分

  • Autodesk Fusion 360

  • Microsoft VS Code

工具部分

  • 多功能螺丝刀

  • 电烙铁

  • 无铅焊锡丝

  • 电路板焊接固定夹具

  • 助焊剂

  • 多功能剥线钳

  • 热胶枪

设计理念

我们使用 Autodesk Fusion 360 来设计 Emo 机器人,其中融合了实体和自由形式的建模技术。

为了简化打印过程,我们将机器人的主体分成几个部分,方便用螺钉组装。

我们精心考虑了电源的位置,将它置于底座上,并为电源线的自由移动预留了充足的空间。为了提高机器人运动的稳定性,我们还特意使车身与底座轻微接触。

另外,我们特意选择蓝白配色方案,因为蓝白组合能提升机器人的视觉吸引力。

3D 打印

我们选择 PLA 作为 3D 打印材料,并单独打印每个组件,但这需要花费较长时间。

为了提升底座的耐用性,我们将底座的填充密度设置为 40%,而其他部分则为 20% 。

现在我们已经打印完所有零件,下面请跟着我的步伐开始组装吧!

注:3D 图纸及代码见项目文件库:
https://make.quwj.com/project/464

组装底座

首先,我们将 Micro USB 模块安装在底座上,这将作为机器人的供电接口。

我们将 SW-420 震动传感器放在靠近 USB 模块的位置上,它可以侦测到机器人周围产生的任何振动。

底座部分由以下三根导线组成:VCC、GND 和震动传感器的输出导线。

最后,我们使用 M3 x 10 mm 螺栓将盖子牢牢地固定在底座上。至此我们完成了底座部分的组装。

组装头部

为了让机器人头部具有触控能力,我们采用了一款紧凑型电容式触摸传感器,并将其完美地嵌入到指定区域中。

机器人头部的核心部分是一块微雪的 2 英寸 IPS 显示屏,它承担着传达机器人情感的重要任务。我们使用黑色支架和少量热熔胶将这块显示屏牢牢地固定住。

为了实现音频播放功能,我们机器人在头部左侧集成一枚 8 Ω 0.5 W 扬声器,并搭配 PAM8403 放大器,对树莓派中的声音进行放大。

接着,我们使用 M3 x 15 mm 螺钉将头部下半部分牢牢地固定在机器人的身体上。然后连接之前组装好的头部上半部分,最终完成整个头部的组装。

组装身体

在机身部分,我们安装了三个舵机:两个用于手部的 SG90 型舵机,以及一个用于身体旋转的 MG90 型舵机。为了方便地控制这些舵机,我们采用了 PCA9685-16 通道舵机驱动器。

为了确保稳定性,我们还使用 M2 号螺母和螺栓将 MG90 型舵机固定在机身前部。

我们把 PCA9685 模块放在同一区域,这样能有效地平衡重力。

现在我们开始组装机器人手部。只需把 SG90 型舵机安装到两端,并把它牢牢地固定在舵轴上,就完成了。

我们采用带有排母的原型板来连接树莓派,这种方法比使用导线连接更为高效。同时,通过焊接,我们能保证各个元件正确连接,从而最大程度地降低导线缠绕的可能。

为节约空间,我们使用手机充电器上的公头 USB Type-C 板为树莓派供电。音频传输方面,我们采用了 TRS 音频插孔。

最后,我们用螺栓把树莓派固定在机身背部,至此完成了电源部分的安装。

此外,我们在正面采用了 2 mm 厚透明亚克力板,这可以掩盖住外盖和 LCD 模块之间的缝隙。

电路部分

如下图接线:

编程

接着,我们开始编写生成情感的代码,其中舵机运动和动画是核心部分。为了实现这些复杂的功能,我们采用 Python 的 multiprocessing 包,这使机器人能够同时执行多个任务,从而提高运行效率。

我们已经为你编写好项目代码,你只需克隆到本地即可使用。

git clone https://github.com/CodersCafeTech/Emo.git

值得一提的是,我们使用 Adobe After Effects 软件制作动画,并将其导出为图像序列,这使得它更易于集成到整个系统中。

调试

完成编程后,为确保机器人正常运行,我们需要对所有组件进行测试。

首先安装所需依赖:

pip install adafruit-blinka adafruit-circuitpython-servokit

进入代码文件夹(Code),并执行以下命令启动程序:

python3 final.py

现在你的 Emo 机器人已经开始运行了!当你对他说一些话时,他会分析您的语气并在屏幕上显示相应的表情。

成果

见证奇迹的时刻到了!