🎯 สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้
- ✅ การออกแบบโครงสร้างหุ่นยนต์
- ✅ การเขียนโปรแกรม Arduino
- ✅ การควบคุม Servo Motors
- ✅ การสร้างระบบเคลื่อนไหว
- ✅ การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์
- ✅ การออกแบบ 3D และการพิมพ์
- ✅ การประกอบและทดสอบ
- ✅ การปรับแต่งและพัฒนาต่อ
รู้จักกับ BURN-E
BURN-E (Basic Utility Repair Nano Engineer) เป็นหุ่นยนต์ตัวเล็กจากภาพยนตร์ WALL-E ที่มีหน้าที่เชื่อมโลหะและซ่อมแซมภายนอกยานอวกาศ แม้จะปรากฏในภาพยนตร์เพียงช่วงสั้นๆ แต่ตัวละครตัวนี้ได้รับความนิยมจากแฟนๆ มากมาย
BURN-E จากภาพยนตร์ WALL-E - แรงบันดาลใจสำหรับโปรเจคของเรา
ที่มา: Hackaday.com
วันนี้เราจะมาสร้าง BURN-E เวอร์ชัน Arduino ที่สามารถเคลื่อนไหว ควบคุมแขนกล และจำลองการทำงานเชื่อมโลหะได้จริง!
อุปกรณ์และชิ้นส่วนที่ต้องใช้
Arduino Uno R3
฿890ตัวควบคุมหลักของหุ่นยนต์ รับผิดชอบการประมวลผลและควบคุมการเคลื่อนไหวทั้งหมด
Servo Motors SG90
฿120 x 4สำหรับควบคุมการเคลื่อนไหวของแขน หัว และระบบขับเคลื่อน
Battery Pack 6V
฿180แหล่งจ่ายไฟสำหรับ Servo Motors และระบบทั้งหมด
LED Strip WS2812B
฿150สำหรับจำลองแสงเชื่อมโลหะและไฟสถานะต่างๆ
Ultrasonic Sensor
฿120เซ็นเซอร์วัดระยะทางสำหรับหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวาง
Buzzer Module
฿45สำหรับเสียงเตือนและเสียงประกอบการทำงาน
💰 สรุปค่าใช้จ่าย
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์:
- • Arduino Uno: ฿890
- • Servo Motors (4ตัว): ฿480
- • LED Strip: ฿150
- • Sensors: ฿165
วัสดุและอุปกรณ์:
- • Battery Pack: ฿180
- • Jumper Wires: ฿80
- • Breadboard: ฿120
- • Chassis Materials: ฿300
รวมทั้งหมด: ประมาณ ฿2,365
*ไม่รวมค่าจัดส่งและ 3D Printing
การออกแบบโครงสร้าง
BURN-E มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างจาก WALL-E คือมีแขนเชื่อมโลหะและระบบขับเคลื่อนแบบล้อเลื่อน เราจะออกแบบให้มีการเคลื่อนไหวที่สมจริงและน่ารักเหมือนในภาพยนตร์
🏗️ โครงสร้าง BURN-E
โครงสร้างและการจัดวาง Servo Motors ของ BURN-E
ส่วนประกอบหลัก
- 🤖 ตัวหุ่นยนต์: ขนาดประมาณ 20x15x25 ซม. ทำจากอะคริลิคหรือ 3D Print
- 🔥 แขนเชื่อมโลหะ: ควบคุมด้วย Servo พร้อม LED จำลองแสงเชื่อม
- 👁️ หัวหุ่นยนต์: มีเซ็นเซอร์ Ultrasonic และ LED ตา
- 🚗 ระบบขับเคลื่อน: ล้อเลื่อนควบคุมด้วย Servo
- 💡 ระบบแสง: LED Strip สำหรับเอฟเฟกต์และสถานะ
การเชื่อมต่อวงจร
🔌 Wiring Diagram
แผนผังการเชื่อมต่อวงจรของ BURN-E
⚠️ ข้อควรระวังในการต่อวงจร
- ตรวจสอบขั้วบวก-ลบของแบตเตอรี่ให้ถูกต้อง
- Servo Motors ใช้ไฟ 6V แยกจาก Arduino (5V)
- ใช้ Capacitor 1000µF ที่แหล่งจ่ายไฟเพื่อลดสัญญาณรบกวน
- เชื่อมต่อ Ground ทุกอุปกรณ์เข้าด้วยกัน
- ทดสอบการเชื่อมต่อทีละชิ้นก่อนเปิดใช้งานทั้งหมด
การเขียนโปรแกรม Arduino
โค้ดสำหรับ BURN-E จะแบ่งเป็นส่วนต่างๆ เพื่อให้ง่ายต่อการเข้าใจและปรับแต่ง เริ่มจากการควบคุมพื้นฐานไปจนถึงการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อน
โค้ดหลัก (Main Code)
/*
* BURN-E Robot - Arduino Control System
* Basic Utility Repair Nano Engineer
*
* Features:
* - 4 Servo Motors for movement
* - Ultrasonic sensor for obstacle detection
* - LED strip for welding effects
* - Buzzer for sound effects
* - Autonomous and manual control modes
*/
#include <Servo.h>
#include <Adafruit_NeoPixel.h>
// Pin definitions
#define SERVO_TORCH_PIN 3 // Welding torch arm
#define SERVO_ARM_PIN 5 // Right arm
#define SERVO_HEAD_PIN 6 // Head pan
#define SERVO_DRIVE_PIN 9 // Drive system
#define LED_STRIP_PIN 10 // WS2812B LED strip
#define BUZZER_PIN 11 // Buzzer
#define ULTRASONIC_TRIG 12 // Ultrasonic trigger
#define ULTRASONIC_ECHO 13 // Ultrasonic echo
// Constants
#define LED_COUNT 8 // Number of LEDs in strip
#define OBSTACLE_DISTANCE 20 // Obstacle detection distance (cm)
#define SERVO_DELAY 15 // Delay between servo steps (ms)
// Create servo objects
Servo torchServo;
Servo armServo;
Servo headServo;
Servo driveServo;
// Create LED strip object
Adafruit_NeoPixel strip(LED_COUNT, LED_STRIP_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
// Robot state variables
enum RobotMode {
IDLE,
WELDING,
MOVING,
SCANNING,
EMERGENCY_STOP
};
RobotMode currentMode = IDLE;
unsigned long lastModeChange = 0;
unsigned long lastWeldingEffect = 0;
bool isWelding = false;
int headPosition = 90; // Center position
int torchPosition = 90;
int armPosition = 90;
// Movement patterns
int weldingSequence[] = {70, 110, 90, 120, 80, 100, 90};
int scanningSequence[] = {45, 135, 90, 60, 120, 90};
int currentSequenceStep = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println("BURN-E Initializing...");
// Initialize servos
torchServo.attach(SERVO_TORCH_PIN);
armServo.attach(SERVO_ARM_PIN);
headServo.attach(SERVO_HEAD_PIN);
driveServo.attach(SERVO_DRIVE_PIN);
// Initialize LED strip
strip.begin();
strip.show(); // Initialize all pixels to 'off'
// Initialize pins
pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
pinMode(ULTRASONIC_TRIG, OUTPUT);
pinMode(ULTRASONIC_ECHO, INPUT);
// Move to initial positions
moveToInitialPosition();
// Startup sequence
playStartupSequence();
Serial.println("BURN-E Ready!");
currentMode = IDLE;
}
void loop() {
// Check for obstacles
float distance = getDistance();
// Handle emergency stop
if (distance < 10 && currentMode == MOVING) {
currentMode = EMERGENCY_STOP;
emergencyStop();
}
// Main state machine
switch (currentMode) {
case IDLE:
handleIdleMode();
break;
case WELDING:
handleWeldingMode();
break;
case MOVING:
handleMovingMode();
break;
case SCANNING:
handleScanningMode();
break;
case EMERGENCY_STOP:
handleEmergencyStop();
break;
}
// Update LED effects
updateLEDEffects();
// Check for mode changes
checkModeChange();
delay(50); // Main loop delay
}
void moveToInitialPosition() {
Serial.println("Moving to initial position...");
// Move all servos to center position slowly
moveServoSmoothly(torchServo, 90);
delay(500);
moveServoSmoothly(armServo, 90);
delay(500);
moveServoSmoothly(headServo, 90);
delay(500);
moveServoSmoothly(driveServo, 90);
// Update position variables
torchPosition = 90;
armPosition = 90;
headPosition = 90;
}
void playStartupSequence() {
Serial.println("Playing startup sequence...");
// LED startup effect
for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++) {
strip.setPixelColor(i, strip.Color(0, 255, 0)); // Green
strip.show();
delay(100);
}
// Sound effect
for (int i = 0; i < 3; i++) {
tone(BUZZER_PIN, 1000, 200);
delay(300);
}
// Clear LEDs
strip.clear();
strip.show();
}
void handleIdleMode() {
// Subtle breathing LED effect
static int brightness = 0;
static int direction = 1;
brightness += direction * 2;
if (brightness >= 50) direction = -1;
if (brightness <= 0) direction = 1;
for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++) {
strip.setPixelColor(i, strip.Color(0, brightness, brightness/2));
}
strip.show();
// Random head movements
if (millis() - lastModeChange > 3000) {
if (random(100) < 10) { // 10% chance
int newHeadPos = random(60, 120);
moveServoSmoothly(headServo, newHeadPos);
headPosition = newHeadPos;
}
}
}
void handleWeldingMode() {
Serial.println("Welding mode active");
// Execute welding sequence
if (currentSequenceStep < sizeof(weldingSequence)/sizeof(int)) {
int targetPos = weldingSequence[currentSequenceStep];
moveServoSmoothly(torchServo, targetPos);
torchPosition = targetPos;
// Welding effect
createWeldingEffect();
currentSequenceStep++;
delay(1000);
} else {
// Sequence complete
currentSequenceStep = 0;
currentMode = IDLE;
lastModeChange = millis();
Serial.println("Welding sequence complete");
}
}
void handleMovingMode() {
Serial.println("Moving mode active");
// Simple forward movement
driveServo.write(120); // Move forward
// Scan ahead while moving
int scanPos = 90 + 30 * sin(millis() / 1000.0);
moveServoSmoothly(headServo, scanPos);
headPosition = scanPos;
// Check if we should stop moving
if (millis() - lastModeChange > 3000) {
driveServo.write(90); // Stop
currentMode = IDLE;
lastModeChange = millis();
}
}
void handleScanningMode() {
Serial.println("Scanning mode active");
// Execute scanning sequence
if (currentSequenceStep < sizeof(scanningSequence)/sizeof(int)) {
int targetPos = scanningSequence[currentSequenceStep];
moveServoSmoothly(headServo, targetPos);
headPosition = targetPos;
// Scanning LED effect
createScanningEffect();
currentSequenceStep++;
delay(800);
} else {
// Sequence complete
currentSequenceStep = 0;
currentMode = IDLE;
lastModeChange = millis();
Serial.println("Scanning complete");
}
}
void handleEmergencyStop() {
// Stop all movement
driveServo.write(90);
// Flash red LEDs
for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++) {
strip.setPixelColor(i, strip.Color(255, 0, 0)); // Red
}
strip.show();
// Emergency sound
tone(BUZZER_PIN, 2000, 100);
delay(200);
// Clear LEDs
strip.clear();
strip.show();
delay(200);
// Check if obstacle is clear
if (getDistance() > OBSTACLE_DISTANCE) {
currentMode = IDLE;
lastModeChange = millis();
Serial.println("Emergency cleared");
}
}
void createWeldingEffect() {
// Bright white/blue welding flash
for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++) {
int intensity = random(200, 255);
strip.setPixelColor(i, strip.Color(intensity, intensity, 255));
}
strip.show();
// Welding sound
tone(BUZZER_PIN, random(800, 1200), 100);
delay(random(50, 200));
// Fade effect
for (int fade = 255; fade >= 0; fade -= 10) {
for (int i = 0; i < LED_COUNT; i++) {
strip.setPixelColor(i, strip.Color(fade/3, fade/3, fade));
}
strip.show();
delay(20);
}
}
void createScanningEffect() {
// Moving blue light
static int scanPos = 0;
strip.clear();
strip.setPixelColor(scanPos, strip.Color(0, 100, 255));
strip.setPixelColor((scanPos + 1) % LED_COUNT, strip.Color(0, 50, 128));
strip.show();
scanPos = (scanPos + 1) % LED_COUNT;
// Scanning beep
tone(BUZZER_PIN, 1500, 50);
}
void updateLEDEffects() {
// This function is called every loop to update LED effects
// Current effects are handled in mode-specific functions
}
void moveServoSmoothly(Servo &servo, int targetPosition) {
int currentPosition = servo.read();
int step = (targetPosition > currentPosition) ? 1 : -1;
for (int pos = currentPosition; pos != targetPosition; pos += step) {
servo.write(pos);
delay(SERVO_DELAY);
}
servo.write(targetPosition); // Ensure exact position
}
float getDistance() {
// Send ultrasonic pulse
digitalWrite(ULTRASONIC_TRIG, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(ULTRASONIC_TRIG, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(ULTRASONIC_TRIG, LOW);
// Read echo
long duration = pulseIn(ULTRASONIC_ECHO, HIGH);
float distance = duration * 0.034 / 2; // Convert to cm
return distance;
}
void checkModeChange() {
// Auto mode changes based on time and conditions
if (millis() - lastModeChange > 5000) { // 5 seconds in current mode
if (currentMode == IDLE) {
// Randomly choose next activity
int choice = random(3);
switch (choice) {
case 0:
currentMode = WELDING;
Serial.println("Starting welding sequence");
break;
case 1:
currentMode = MOVING;
Serial.println("Starting movement");
break;
case 2:
currentMode = SCANNING;
Serial.println("Starting scan sequence");
break;
}
lastModeChange = millis();
currentSequenceStep = 0;
}
}
}
void emergencyStop() {
Serial.println("EMERGENCY STOP ACTIVATED!");
// Stop all servos
driveServo.write(90);
// Flash warning
for (int i = 0; i < 5; i++) {
for (int j = 0; j < LED_COUNT; j++) {
strip.setPixelColor(j, strip.Color(255, 0, 0));
}
strip.show();
tone(BUZZER_PIN, 2000, 200);
delay(300);
strip.clear();
strip.show();
delay(200);
}
}
ไลบรารี่ที่ต้องติดตั้ง
📚 ไลบรารี่ที่จำเป็น
เปิด Arduino IDE แล้วไปที่ Tools → Manage Libraries และค้นหาติดตั้ง:
- ✅ Servo - ควบคุม Servo Motors (Built-in)
- ✅ Adafruit NeoPixel - ควบคุม LED Strip WS2812B
- ✅ NewPing - ปรับปรุงการทำงานของ Ultrasonic Sensor (Optional)
ขั้นตอนการประกอบ
เตรียมโครงสร้างหลัก
สร้างหรือพิมพ์ 3D โครงสร้างตัวหุ่นยนต์ ขนาดประมาณ 20x15x25 ซม.
- • ใช้อะคริลิค 3mm หรือ PLA สำหรับ 3D Print
- • เจาะรูสำหรับ Servo Motors และสายไฟ
- • ทำช่องสำหรับ Arduino และแบตเตอรี่
ติดตั้ง Servo Motors
ติดตั้ง Servo ทั้ง 4 ตัวในตำแหน่งที่กำหนด
- • Servo 1: แขนเชื่อมโลหะ (ซ้าย)
- • Servo 2: แขนธรรมดา (ขวา)
- • Servo 3: การหมุนหัว
- • Servo 4: ระบบขับเคลื่อน
เชื่อมต่อวงจรไฟฟ้า
เชื่อมต่อ Arduino กับ Servo Motors และเซ็นเซอร์ต่างๆ
- • ใช้ Breadboard สำหรับการเชื่อมต่อ
- • ตรวจสอบขั้วบวก-ลบให้ถูกต้อง
- • ทดสอบการเชื่อมต่อทีละชิ้น
อัพโหลดโปรแกรม
อัพโหลดโค้ดลงใน Arduino และทดสอบการทำงาน
- • เชื่อมต่อ Arduino กับคอมพิวเตอร์
- • เลือก Board และ Port ที่ถูกต้อง
- • อัพโหลดโค้ดและตรวจสอบ Serial Monitor
ทดสอบและปรับแต่ง
ทดสอบการทำงานของแต่ละระบบและปรับแต่งให้เหมาะสม
- • ทดสอบการเคลื่อนไหวของ Servo
- • ปรับค่า Delay และ Speed
- • ทดสอบเซ็นเซอร์และ LED Effects
ประกอบและตกแต่ง
ประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดและตกแต่งให้เหมือน BURN-E
- • ติดตั้งฝาครอบและชิ้นส่วนตกแต่ง
- • ทาสีหรือติดสติกเกอร์
- • ทดสอบการทำงานครั้งสุดท้าย
การปรับแต่งและพัฒนาต่อ
🎮 เพิ่มการควบคุมด้วยมือถือ
// เพิ่มโมดูล Bluetooth HC-05 สำหรับควบคุมผ่านมือถือ
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial bluetooth(2, 4); // RX, TX
void setup() {
bluetooth.begin(9600);
// ... existing setup code
}
void loop() {
// Check for Bluetooth commands
if (bluetooth.available()) {
String command = bluetooth.readString();
command.trim();
if (command == "WELD") {
currentMode = WELDING;
} else if (command == "MOVE") {
currentMode = MOVING;
} else if (command == "SCAN") {
currentMode = SCANNING;
} else if (command == "STOP") {
currentMode = EMERGENCY_STOP;
}
}
// ... existing loop code
}
🤖 เพิ่ม AI และ Computer Vision
- ESP32-CAM: เพิ่มกล้องสำหรับ Object Detection
- Edge AI: ใช้ TensorFlow Lite สำหรับการรู้จำวัตถุ
- Voice Control: เพิ่มไมโครโฟนสำหรับควบคุมด้วยเสียง
- Path Planning: อัลกอริทึมหาเส้นทางอัตโนมัติ
🔧 การปรับปรุงฮาร์ดแวร์
🔋 ระบบพลังงาน
- • Li-ion Battery 7.4V
- • Solar Panel สำหรับชาร์จ
- • Power Management IC
🚗 การเคลื่อนไหว
- • Stepper Motors แทน Servo
- • Encoder สำหรับ Feedback
- • Omni Wheels
📡 เซ็นเซอร์
- • LiDAR Module
- • IMU 9-axis
- • Color Sensor
การแก้ปัญหาที่พบบ่อย
🔧 ปัญหาและวิธีแก้ไข
Servo ไม่เคลื่อนไหว
- • ตรวจสอบการเชื่อมต่อสายไฟ
- • เช็คแรงดันไฟฟ้า (ต้อง 6V)
- • ลองเปลี่ยน PWM Pin
LED Strip ไม่ติด
- • ตรวจสอบ Data Pin (ต้องเป็น Digital Pin)
- • เช็คไลบรารี่ Adafruit NeoPixel
- • ลองลดจำนวน LED ในโค้ด
Ultrasonic Sensor อ่านค่าผิด
- • ตรวจสอบ Trig และ Echo Pin
- • เพิ่ม delay ระหว่างการอ่านค่า
- • ใช้ NewPing Library
สรุป: BURN-E พร้อมทำงาน! 🎉
🏆 ยินดีด้วย! คุณสร้าง BURN-E สำเร็จแล้ว
หุ่นยนต์ที่ทำงานได้จริง
เคลื่อนไหว เชื่อมโลหะ และหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางได้
เรียนรู้เทคโนโลยีใหม่
Arduino, Servo, Sensor และการเขียนโปรแกรม
ความภาคภูมิใจ
สร้างตัวละครจากภาพยนตร์ที่รักด้วยมือตัวเอง
🚀 ขั้นต่อไป
พัฒนาต่อ:
- • เพิ่มการควบคุมผ่าน WiFi
- • ใส่กล้องสำหรับ FPV
- • สร้าง WALL-E เป็นเพื่อน
- • เพิ่ม AI สำหรับการเรียนรู้
แชร์ผลงาน:
- • ถ่ายวิดีโอการทำงาน
- • โพสต์ใน Social Media
- • เข้าร่วมชุมชน Maker
- • สอนเพื่อนๆ ทำตาม
🛒 สั่งซื้ออุปกรณ์สำหรับสร้าง BURN-E
อุปกรณ์ทั้งหมดในบทความนี้พร้อมคำแนะนำการใช้งานและ Technical Support จาก Global Byte Shop
💡 พิเศษ! รับคูปองส่วนลด 10% สำหรับโปรเจค BURN-E