Apir! - isang Robotic Hand: 5 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Isang araw, sa aming klase ng Mga Prinsipyo ng Engineering, nagtakda kaming magtayo ng mga compound machine mula sa mga bahagi ng VEX. Habang sinimulan naming buuin ang mga mekanismo, nagpupumilit kaming pamahalaan ang maraming mga kumplikadong sangkap na kailangang tipunin. Kung may isang taong maaaring magbigay sa amin ng isang kamay …

Iyon ang dahilan kung bakit kami, tatlong mag-aaral ng Irvington High School sa klase ni Ms. Berbawy, ay nagpasya na magdisenyo at bumuo ng isang robotic na kamay mula sa simula! Na may tinatayang pampinansyal na $ 150 para sa S. I. D. E. Ang proyekto, nakakuha kami ng lahat ng mga materyal na kinakailangan habang nananatili sa ilalim ng badyet. Ang natapos na produkto ay binubuo ng isang Arduino Mega, isang servo micro-controller na hinihimok ang 5 servos, na ang bawat isa ay konektado sa isang naka-print na daliri ng 3D na nagawang ilipat ang isa-isa na may makatotohanang mga kasukasuan.

Ito ay isang napaka ambisyoso na proyekto, na ibinigay na ang lahat ng mga miyembro ng koponan ay mga mag-aaral sa high school na may abala sa mga iskedyul ng Junior year, at walang dating karanasan sa ganap na pagdidisenyo ng isang proyekto na batay sa electronics mula sa base up. Habang ang mga miyembro ng aming koponan ay mayroong dating karanasan sa disenyo ng computer at karanasan sa programa, binuksan ng proyekto ang aming mga mata sa potensyal na paggamit ng Arduino hardware at software sa isang paraan na makakatulong sa mga tao na makamit ang kanilang pang-araw-araw na gawain.

3D Pagmomodelo at Disenyo ni Patrick Ding

Dokumentasyon at Arduino Coding ni Ashwin Natampalli

Arduino Coding, Circuitry, at Maaaring turuan ng Sandesh Shrestha

Hakbang 1: CADing

Ang una at pinakamahirap na hakbang sa proyektong ito ay upang lumikha ng mga 3D na modelo ng kamay gamit ang mga daliri. Upang magawa ito, gamitin ang Autodesk Inventor, o Autodesk Fusion 360 (Ginamit namin ang una).

Gumamit ng mga bahagi ng file upang lumikha ng mga indibidwal na CAD para sa palad, mga segment ng daliri, mga kamay, at pinky na daliri na bahagi. Tumagal ito sa amin ng 2-3 na rebisyon bawat bahagi upang maging maayos ang pagpapatakbo ng mga kasukasuan at servos.

Ang disenyo ay maaaring maging anumang laki at hugis na nais hangga't pinapayagan ng landas ng string para sa makinis na pagpapatakbo ng daliri at ang mga daliri ay hindi magkabanggaan. Tiyakin din na ang mga daliri ay magagawang ganap na gumuho para sa isang saradong kamao.

Upang ayusin ang isyu ng mga pagkagambala sa string at hindi mabisang mga landas, tulad ng nalaman namin sa aming unang bersyon, idinagdag ang mga loop, mga gabay ng string, at mga tunnel upang ang string ay madaling mahila at maluwag.

Narito ang aming natapos na mga multiviews at.stl CAD file para sa bawat bahagi.

Hakbang 2: Pag-print sa 3D

Matapos makumpleto ang mga CAD, gumamit ng isang 3D printer upang mabuhay sila. Ang yugto na ito ay maaaring ulitin ng maraming beses kung ang disenyo na iyong nilikha ay may ilang mga isyu.

Upang i-print ang 3D, i-export muna ang mga file ng CAD bilang mga STL file. Upang magawa ito sa Autodesk Inventor, i-click ang File dropdown menu at mag-hover sa Export. Mula sa haligi ng popout, piliin ang Format ng CAD. Papayagan ka ng menu ng Windows File Explorer na pumili ng.stl file mula sa dropdown menu at pumili ng isang lokasyon para sa file.

Kapag handa nang mai-import ang file sa software ng 3D printer, i-configure ang mga pagpipilian sa pag-print ayon sa gusto mo o sundin ang aming pagsasaayos. Ang 3D printer software ay nag-iiba mula sa iba't ibang tatak kaya kumunsulta sa mga online na gabay o manwal upang mag-navigate sa kanilang software. Para sa aming kamay, ginamit namin ang LulzBot Mini dahil sa pagkakaroon nito sa aming setting ng klase.

Hakbang 3: Assembly

Kapag ang lahat ng mga bahagi ay matagumpay na naka-print sa 3D na may mga rafts at suportado na tinanggal (kung naaangkop), pagkatapos ang bawat bahagi ay dapat na prepped upang simulan ang pagpupulong.

Dahil ang mga 3D printer ay hindi masyadong tumpak at maliliit na mga kakulangan ay maaaring mangyari, gumamit ng isang file o papel de liha o isang dremel na may isang sanding kalakip upang pakinisin ang ilang mga mukha. Para sa pinakamadulas na operasyon ng magkasanib na, tumuon sa mga kasukasuan at mga punto ng intersection upang makinis para sa pinakamainam na koneksyon. Minsan ang mga string tunnels sa mga segment ng daliri at iba pang mga bahagi ay maaaring gumuho o hindi perpekto. Upang labanan ang mga pangunahing pagkakaiba, gumamit ng isang drill na may isang 3 / 16in drill bit upang mag-drill ang mga tunnels.

Para sa pinakamadaling pagruruta ng string, tipunin ang bawat daliri, i-ruta ang string sa mga tunnel, at itali ang string sa mga dulo. Bago pagsamahin ang bawat daliri sa palad, patakbuhin ang string sa pamamagitan ng mga loop ng patnubay, isa sa pamamagitan ng tuktok na butas at isa sa ilalim, sa palad at ilakip ito sa kabaligtaran na mga dulo ng mga spool ng servo. Kapag tama ang haba, sumali sa mga daliri sa palad.

Tulad ng ipinakita sa larawan sa itaas, ipasok ang mga m4x16 na turnilyo sa bawat kasukasuan upang magkasama ang daliri. Ulitin ang bawat proseso ng pagbuo ng daliri para sa lahat ng mga daliri, gamit ang mga pinky segment para sa pinky.

Hakbang 4: Arduino Circuitry

Sa balangkas lahat ng binuo, ngayon ang mga kalamnan at utak ay dapat na isama. Upang mapatakbo ang lahat ng mga servo nang sabay-sabay, dapat kaming gumamit ng isang PCA 9685 motor controller ng Adafruit. Ang tagakontrol na ito ay nangangailangan ng isang panlabas na supply ng kuryente upang mapagana ang mga servos. Ang paggamit ng controller na ito at ang pagmamay-ari nitong coding library ay matatagpuan dito.

Kapag nag-kable ng Arduino sa controller, tiyaking naitala mo ang mga output ng pin. Kung gumagamit ng isang Arduino Mega, kung gayon hindi ito kinakailangan. Gayunpaman, sa lahat ng mga kaso, siguraduhin na naitala mo kung aling mga port sa motor control ang mga servo ay naka-mount.

Upang makontrol ang mga servos at kamay gamit ang isang IR Remote, idagdag lamang ang IR receiver at ikonekta ang lakas at lupa sa Arduino gamit ang data wire sa mga digital port. Suriin ang pinout ng iyong IR receiver upang matiyak na wastong mga kable. Ipinapakita ang isang halimbawa ng aming circuit.

Upang likhain ang circuit na ito, ikonekta muna ang bawat servo sa mga port 3, 7, 11, 13, at 15 sa servo motor controller board. Ikabit ang buong board gamit ang limang mga pin sa ilalim sa isang breadboard.

Gamit ang mga jumper cable, ikonekta ang 5V na lakas at ground ng Arduino sa isang power rail ng breadboard (Siguraduhin na markahan mo o tandaan kung aling panig ang may 5V mula sa Arduino!). Ito ang magpapagana sa IR sensor at motor controller. Ikonekta ang isang 6V power pack sa iba pang power rail. Ito ang magpapagana sa mga servo.

Ilagay ang lahat ng 3 mga pin ng IR sensor sa breadboard. Ikonekta ang lakas at lupa sa 5V rail at ang output sa digital pin 7.

Dahil gumagamit kami ng isang Arduino Mega, ang mga port SDA at SCL sa motor controller ay mai-wire sa mga SDA at SCL port sa Arduino. Ang VCC at mga ground port ay kumokonekta sa 5V rail.

Gamit ang pack ng baterya na nakakonekta sa sarili nitong power rail, gumamit ng mga jumper cables at isang maliit na flat head screwdriver upang ma-secure ang lakas sa mga servo motor sa pamamagitan ng berdeng power input header.

Siguraduhin na ang lahat ng mga koneksyon ay masikip at suriin muli ang lahat ng mga linya ng cable sa aming nakakabit na circuit ng TinkerCAD.

Hakbang 5: Pag-coding

Ang huling hakbang bago maibigay ang kamay na ito para magamit ay ang code ang Arduino. Dahil ang kamay na ito ay gumagamit ng PCA 9685 motor controller, kailangan muna naming i-install ang library, na maaaring gawin sa loob ng Arduino Coding Environment. Pagkatapos i-install, i-install din ang IRremote library para sa pagpapaandar ng IR Remote.

Sa aming code, ang mga kahulugan ng bawat pindutan sa IR remote ay ipinapakita gamit ang 8 digit na mga code. Natagpuan ang mga ito gamit ang programa ng IRRecord, na naka-print sa Serial Monitor ang 8 digit na code ng bawat pindutan.

Ang kalakip ay parehong programa ng IRRecord at ang pinal na programa ng kontrol sa kamay.

Sa pagsisimula ng code, isama ang mga aklatan IRremote, Wire, at Adafruit_PWMServoDriver.

Pagkatapos, gamitin ang mga natuklasan ng IRRecord upang tukuyin ang bawat pindutan ng IR remote. Habang ang lahat ay hindi kinakailangan (10 lamang ang kinakailangan), ang pagkakaroon ng lahat ay nagbibigay-daan para sa mabilis na pagpapalawak (pagdaragdag ng mga pag-andar at mga preset na kilos) para sa hinaharap. Lumikha ng pwm gamit ang pagpapaandar ng servo driver at italaga ang servos sa mga pin sa motor control. Gumamit ng parehong halaga ng SERVOMAX / MIN tulad ng ipinakita. Italaga ang digital input pin ng IR sensor bilang 7 at pasimulan.

Ideklara ang pag-andar ng pag-setup gamit ang pagsisimula ng Serial na may baud rate na 9600. Paganahin ang IR sensor at simulan ang servo na may servo frequency na 60hz.

Panghuli lumikha ng isang if / else switch batay sa papasok na paghahatid ng IR remote sa loop function. Pagkatapos ay lumikha ng isang switch / case na may mga kaso ng bawat pindutan sa IR remote na gagamitin. Maaari itong mabago para sa iyong ginustong mga kontrol. Para sa bawat kaso, i-print ang pindutan na pinindot sa serial monitor para sa pag-debug, at gumamit ng isang para sa loop upang ilipat ang servo. Matapos malikha ang lahat ng mga kaso, tiyaking ipagpatuloy ang IR sensor para sa higit pang mga papasok na signal bago isara ang pagpapaandar ng loop. Ang pag-coding ng mga servo sa pamamagitan ng board ng motor controller ay matatagpuan sa