如何制造一個可以自主演奏音樂的尤克里里機(jī)器人？

在這個項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)并制造了一個可以自主演奏音樂的自彈尤克里里機(jī)器人！

材料：

基于 Arduino Uno 微控制器！

其他部件

1. 尤克里里 （任何便宜的型號都可以）

Arduino Uno

L293D 電機(jī)驅(qū)動器擴(kuò)展罩

8× 12V 電磁閥

Nema 17 步進(jìn)機(jī)

TMC2208 步進(jìn)驅(qū)動器

迷你面包板

150 毫米 MGN9B 直線導(dǎo)軌，帶塊

GT2 6mm 同步帶

滑輪和惰輪

微型伺服

12V 10A 電源

實(shí)心線 （22 AWG）

M3 具體細(xì)節(jié)

輔助工具

1. 3D 打印機(jī)

烙鐵

螺絲刀

萬用表

第 1 步：3D 打印

第一步是 3D 打印所需的部件。我建議先打印shell_bottom.stl和 shell_top.stl ，因?yàn)樗鼈兪且韵掳惭b組件連接的基礎(chǔ)：

rail_mount.stl （×2）

idler_holder.stl

stepper_mount.stl

然后可以打印拾取機(jī)構(gòu)的零件（ servo_mount.stl 、 pick.stl ）。機(jī)器人的另一端基于 solenoid_cage.stl 。它通過 2× neck_mount.stl 連接到尤克里里琴上。然后您將需要 4× plunger_center.stl 和 4× plunger_side.stl ，但這可能會根據(jù)使用的螺線管數(shù)量及其布局而變化。*附件：3D模型資料.7z

第 2 步：3D 打印組件

打印部件時需要注意的重要事項(xiàng)：

大多數(shù)女高音尤克里里應(yīng)該有一個足夠相似的設(shè)計(jì)，以便貝殼件能夠正確地適應(yīng)，但情況可能并非總是如此，所以這些部分可能需要稍微修改一下，以適應(yīng)你的樂器。

第 3 步：上半部分組裝

首先將線性導(dǎo)軌支架放在上半部分，然后用 M3 螺釘固定。外殼的底部有一個槽，用于擰緊 M3 螺母。重復(fù)此過程，將步進(jìn)器安裝座安裝在側(cè)面，然后將步進(jìn)器面朝上滑入到位。

第 4 步：下半部分組裝

對于下半部分，首先安裝惰輪支架，然后安裝另一個導(dǎo)軌支架。接下來，將帶有電機(jī)護(hù)罩的 Arduino 連接到側(cè)面。最終結(jié)果應(yīng)與上面顯示的圖片相似。

第 5 步：安裝滑軌

現(xiàn)在，線性導(dǎo)軌可以安裝在尤克里里琴的琴身上。一旦它處于正確的位置，就應(yīng)該將導(dǎo)軌支架完全擰緊。接下來，拿起 3D 打印的伺服支架并將其連接到正時皮帶上。伺服安裝座具有用于固定皮帶的特定插槽，因此它應(yīng)該很容易推入到位。仔細(xì)檢查滑塊是否在線性導(dǎo)軌上自由上下移動，然后將伺服安裝座擰到上面，確保其方向正確。

第 6 步：皮帶和皮帶輪系統(tǒng)

將惰輪放在其支架上，然后將皮帶繞在它和步進(jìn)軸上。將皮帶剪成合適的長度，然后將其插入步進(jìn)器支架上的另一個插槽中。這將允許步進(jìn)器上下移動滑塊。

第 7 步：安裝電子元件

將微型試驗(yàn)板放在步進(jìn)電機(jī)旁邊，并將TMC2208步進(jìn)驅(qū)動器插入中心?，F(xiàn)在，為了限制提供給步進(jìn)電機(jī)的電流，我們需要在驅(qū)動器模塊上設(shè)置電壓參考。

首先，將驅(qū)動器連接到 12V 電源。

打開電源并設(shè)置萬用表以測量直流電壓。

將黑色探針放在 GND 引腳上，將紅色探針放在微型電位計(jì)上。

在監(jiān)控萬用表讀數(shù)的同時調(diào)整電位計(jì)，以設(shè)置參考電壓 （VREF)

我最終將參考電壓設(shè)置為1V 左右。

對于與 Arduino 的其余連接：

M1A 、 M1B 、 M2A 、M2B 連接到步進(jìn)電機(jī)

VIO 焊接到電機(jī)擴(kuò)展板上的 5V 輸出上

DIR 、STEP 和 ENABLE 連接到您選擇的 Arduino 數(shù)字引腳，用于向驅(qū)動程序發(fā)送信號

應(yīng)連接接地

第 8 步：步進(jìn)和伺服代碼

現(xiàn)在是時候讓機(jī)械裝置動起來了！

通過將滑塊移動到盡可能靠近步進(jìn)電機(jī)的位置來重置滑塊的位置。然后上傳 stepper.ino 代碼，該代碼使用 Accelstepper 庫來測試其移動（您可能需要調(diào)整限制以確保滑塊具有其完整的移動范圍）。

完成后，將微型舵機(jī)連接到 Arduino 并運(yùn)行 servo.ino 代碼以驗(yàn)證其操作。*附件：servo.7z
*附件：stepper.7z

第 9 步：滑塊校準(zhǔn)

如果兩個部分都正常工作，您現(xiàn)在可以通過將伺服器安裝到滑塊上來組合它們，并合并前面的兩段代碼

伺服電機(jī)就位后，您可能需要調(diào)整并確定伺服電機(jī)的正確角度。

第 10 步：位置校準(zhǔn)

這部分稍微困難一些，可能需要一些反復(fù)試驗(yàn)。為了讓機(jī)器人撥動琴弦，找到每根琴弦的位置并將其放入代碼中，以便撥片輕輕地放在四根琴弦中每根琴弦的一側(cè)。后面部分的代碼可能會對此有所幫助（刪除不必要的部分）。

第 11 步：安裝螺線管組件

完成后，打印螺線管籠（如果尚未打?。?，然后按照上圖所示的模式插入螺線管（先將電線穿過）。對于每個螺線管，將一根電線接地，另一根電線連接到 arduino 擴(kuò)展板上的電機(jī)輸入之一。

將柱塞擰入螺線管末端，然后使用籠式支架將籠子連接到尤克里里琴的頸部。驗(yàn)證柱塞是否正確壓緊琴弦，并在必要時重新對齊。

第 12 步：將所有組件放在一起

根據(jù)設(shè)置，要使所有內(nèi)容正常工作可能需要多次嘗試。在本節(jié)中，包含了一些可以幫助完成此過程的腳本。每次要記住的測試過程：

插入 12V 電源。

連接 Arduino。

將滑塊移動到起始位置。

第 13 步：選擇要播放的音樂

我在 ukulele.ino 的草圖中放了幾首不同的歌曲，所以一定要全部嘗試一下！

第 14 步：完成！

現(xiàn)在，構(gòu)建已大功告成，可以試試自行演奏音樂了。