RoboGlove: 12 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Kami ay isang pangkat ng mga mag-aaral ng ULB, Université Libre de Bruxelles. Ang aming proyekto ay binubuo sa pagbuo ng isang guwantes ng robot na makakalikha ng isang puwersa sa paghawak na tumutulong sa mga tao na mang-agaw ng mga bagay.

ANG GLOVE

Ang guwantes ay may koneksyon sa wire na nag-uugnay sa mga daliri sa ilang mga motor na servo: ang isang kawad ay nakakabit sa dulo ng daliri at sa servo, kaya't kapag lumiliko ang servo, hinila ang kawad at ang daliri ay nabaluktot. Sa ganitong paraan, sa pamamagitan ng pagkontrol sa mahigpit na pagkakahawak ng gumagamit sa pamamagitan ng ilang mga sensor ng presyon sa dulong bahagi ng mga daliri, nagagawa naming i-aktibo ang mga motor sa isang kontroladong paraan at matulungan ang paghawak sa pamamagitan ng baluktot ng daliri nang proporsyonal sa pag-ikot ng mga motor at kaya sa pagulong ng mga wire. Sa ganitong paraan dapat nating pahintulutan ang alinman sa mahihinang tao na mahawakan ang mga bagay o matulungan kahit ang mga tao sa mga kondisyong pisyolohikal na mahawakan ang mga bagay at panatilihin ito nang walang anumang pagsisikap.

ANG DISENYO

Ang modelo ay binuo upang gawing malaya ang paggalaw ng kamay hangga't maaari. Sa katunayan, naka-print lamang kaming 3D ng mahigpit na kinakailangang mga bahagi na kailangan namin upang ikonekta ang mga wire, motor at daliri.

Mayroon kaming isang nangungunang cupola na naka-print sa PLA sa bawat daliri: ito ang bahagi ng terminal kung saan kailangang ikonekta ang mga wire at dapat itong magbigay ng proteksyon sa sensor ng presyon na naayos sa loob. Ang sensor ng presyon ay nakadikit, na may mainit na pandikit, sa pagitan ng sukdulang PLA at guwantes.

Pagkatapos mayroon kaming dalawang naka-print na singsing na 3D, bawat daliri, na bumubuo ng isang gabay para sa mga wire. Ang hinlalaki ay ang tanging daliri na mayroon lamang isang naka-print na singsing. Mayroong isang kawad bawat daliri, nakatiklop sa kalahati sa dulo ng mga daliri. Ang dalawang halves ay dumadaan sa dalawang mga gabay ng bahagi ng cupola at sa parehong mga singsing: inilalagay sila nang diretso sa mga butas na ginawa namin sa labas ng mga singsing na ito. Pagkatapos sila ay magkakasama sa isang gulong na direktang konektado sa motor. Ang gulong ay napagtanto upang makapagbalot sa paligid ng mga wire: dahil ang aming motor ay may hindi kumpletong pag-ikot (mas mababa sa 180 °) napagtanto namin ang gulong upang hilahin ang kawad para sa isang puwang na 6 sentimetro na ang distansya kinakailangan upang ganap na isara ang kamay.

Nag-print din kami ng dalawang plato upang ayusin ang mga servo motor at ang arduino sa braso. Dapat itong mas mahusay na i-cut ito sa kahoy o isang matibay na plastik na may isang pamutol ng laser.

Hakbang 1: Listahan sa Pamimili

Guwantes at mga wire:

1 mayroon nang guwantes (dapat na natatahi)

Lumang maong o ibang matibay na tela

Mga wire ng nylon

Mababang density polyethylene tubing (Diameter: 4mm Kapal: 1mm)

Elektronikong:

Arduino Uno

1 Taglay ng baterya 9V + 9V Baterya

1 electronic switch

1 veroboard

3 servo motor (1 bawat daliri)

3 mga propeller (ibinigay kasama ng mga servo)

4 Baterya AA + 4 AA Baterya may hawak

3 mga sensor ng presyon (1 bawat daliri)

3 resistors 330 ohms (1 bawat daliri)

6 electric wires (2 bawat sensor)

Mga tornilyo, mani at pag-aayos:

4 M3 10mm ang haba (upang ayusin ang Arduino)

2 M2.5 12mm ang haba (upang ayusin ang may-hawak ng baterya ng 9V)

6 na kaukulang mani

6 M2 10mm ang haba (2 bawat servo upang ayusin ang mga gulong sa mga servos)

12 maliit na kurbatang kurdon (upang ayusin ang mga plato at ang switch)

7 malalaking ugnayan ng kable (2 bawat motor at 1 para sa may hawak ng 4 na baterya)

Mga Ginamit na Tool:

3D printer (Ultimaker 2)

Materyal para sa pananahi

Mainit na kola pistol

Opsyonal: pamutol ng laser

Hakbang 2: Maghanda ng Kakayahang Isusuot

Ang naisusuot na istraktura ay ginawa ng ilang mga damit: sa aming kaso gumamit kami ng isang normal na guwantes para sa elektrisyan at isang tela ng maong para sa istraktura sa paligid ng pulso. Pinatahi silang dalawa.

Ang layunin ay magkaroon ng isang nababaluktot na naisusuot na istraktura.

Ang istraktura ay dapat na maging mas malakas kaysa sa isang regular na guwantes ng lana dahil kailangan itong tahiin.

Kailangan namin ng isang naisusuot na istraktura sa paligid ng pulso upang hawakan ang mga tagapagtustos ng kuryente at ang mga actuator, at kailangan namin ito upang maging matatag, kaya pinili naming gawing naaayos ang pagsasara sa pamamagitan ng paglalapat ng mga Velcro band (auto-adhesive band) sa pulso ng maong.

Ang ilang mga kahoy na stick ay tinahi sa loob upang gawing mas matigas ang maong.

Hakbang 3: Ihanda ang Mga Bahaging Magagamit

Ang mga mahihigpit na bahagi ay napagtanto sa pamamagitan ng pag-print sa 3D sa PLA mula sa.stl na mga file sa paglalarawan:

Finger Ring x5 (na may magkakaibang kaliskis: 1x scale 100%, 2x scale 110%, 2x scale 120%);

Extremity ng daliri x3 (na may iba't ibang mga antas: 1x scale 100%, 1x scale 110%, 1x scale 120%);

Gulong para sa motor x3

Para sa mga bahagi ng daliri, kailangan ng iba't ibang mga antas dahil sa iba't ibang laki ng bawat daliri at ng bawat phalanx.

Hakbang 4: Ayusin ang Mga Sensor sa Extremities

Ang mga sensor ng presyon ay unang nahinang sa mga wire ng kable.

Pagkatapos ay nakadikit sila sa paggamit ng isang pandikit pistol sa loob ng mga paa't kamay: isang maliit na halaga ng pandikit ang inilalagay sa loob ng paa't kamay, sa gilid na may dalawang butas, pagkatapos ang sensor ay agad na inilapat sa aktibong (bilog) na bahagi sa pandikit (harapin ang piezoelectric sa loob ng istraktura at ang bahagi ng plastik na direkta sa pandikit). Ang mga wire ng kable ay kailangang tumakbo sa tuktok ng daliri pababa sa likuran nito, upang maipatakbo ang electrical cabling sa likod ng kamay.

Hakbang 5: Ayusin ang 3D na Naka-print na Mga Bahagi sa Glove

Ang lahat ng mga mahihigpit na bahagi (mga paa't kamay, singsing) ay dapat na tahiin sa guwantes upang maayos.

Upang mailagay nang tama ang mga singsing, isuot muna ang guwantes at subukang ilagay ang mga singsing, isa bawat phalanx, nang hindi hinahawakan ang mga ito sa pagsara ng kamay. Humigit-kumulang, ang mga singsing sa index ay maaayos na 5mm sa itaas ng base ng daliri at 17 hanggang 20mm sa itaas ng una. Tungkol sa gitnang daliri, ang unang singsing ay humigit-kumulang na 8 hanggang 10mm sa itaas ng base ng daliri, at ang pangalawa sa paligid ng 20mm sa itaas ng una. Para sa kung ano ang patungkol sa hinlalaki, ang katumpakan na kinakailangan ay napakababa, dahil hindi ito mapanganib na makagambala sa iba pang mga singsing, kaya subukang ilapat ito sa pagod na guwantes, gumuhit ng isang linya sa guwantes kung saan mas gusto mong magkaroon ng singsing upang maaari mo itong tahiin pagkatapos.

Tungkol sa pagtahi, walang partikular na pamamaraan o kakayahan na kinakailangan. Sa isang karayom, ang thread ng pananahi ay pumupunta sa mga bilog sa paligid ng mga singsing, na dumadaan sa ibabaw ng guwantes. Ang isang hakbang na 3-4mm sa pagitan ng dalawang butas sa guwantes ay gumagawa ng isang sapat na malakas na pag-aayos, hindi na kailangang gumawa ng isang napaka-siksik na pagtahi.

Ang parehong pamamaraan ay inilalapat upang ayusin ang mga paa't kamay: ang tuktok ng paa't kamay ay may butas upang madaling dumaan ang karayom, kaya ang mga hugis-krus na hugis lamang sa tuktok ng daliri ang kailangang tahiin sa guwantes.

Pagkatapos ang mga gabay sa polyethylene ay dapat na maayos din, sa pamamagitan ng pagsunod sa tatlong pamantayan:

ang distal na pagtatapos (nakaharap sa daliri) ay kailangang harapin sa direksyon ng daliri, upang maiwasan ang matataas na pagkikiskisan gamit ang nylon wire na papasok sa loob nito;

ang distal na pagtatapos ay kailangang maging sapat na malayo upang hindi makagambala sa pagsara ng kamay (sa paligid ng 3cm na mas mababa kaysa sa base ng daliri ay sapat na mabuti, 4 hanggang 5cm para sa hinlalaki);

ang mga tubo ay dapat na dumaan sa bawat isa nang mas kaunti hangga't maaari, upang mabawasan ang dami ng buong guwantes at ang kadaliang kumilos ng bawat tubo

Ang mga ito ay naayos sa pamamagitan ng pagtahi sa kanila sa guwantes at sa pulso, na may parehong pamamaraan tulad ng nasa itaas.

Upang maiwasan ang anumang peligro ng pag-gliding sa labanan ng pagtahi, ilang kola ang idinagdag sa pagitan ng mga tubo at guwantes.

Hakbang 6: Ihanda ang mga Gulong para sa Mga Serbisyo

Ginamit namin ang partikular na idinisenyo na mga gulong, iginuhit at 3D na naka-print sa aming sarili para sa proyektong ito (.stl file sa paglalarawan).

Kapag na-print na ang mga gulong, kailangan nating ayusin ang mga ito sa mga propeller ng servos sa pamamagitan ng pag-screw (M2, 10mm screws). Dahil ang mga butas ng mga propeller ay mas maliit na 2mm ng diameter sa pamamagitan ng pag-screwing ng M2, walang mga nut ang kinakailangan.

Ang 3 propeller ay maaaring mailapat sa bawat servo.

Hakbang 7: Ayusin ang mga Motors sa Arm

Ang hakbang na ito ay binubuo sa pag-aayos ng mga motor sa braso; upang magawa iyon kailangan naming mag-print ng isang katulong na plaka ng PLA upang makakuha ng suporta.

Sa totoo lang ang mga motor ay hindi maaayos nang direkta sa braso dahil ang mga gulong, kinakailangan para sa paghila ng mga wire, ay maaaring ma-block habang gumagalaw dahil sa guwantes. Kaya naka-print kaming 3D ng isang PLA na plaka ng sukat na 120x150x5 mm.

Pagkatapos ay naayos namin ang plaka sa aming guwantes na may ilang mga kurbatang kurdon: gumawa kami ng ilang mga butas sa guwantes na gumagamit lamang ng gunting, pagkatapos ay gumawa kami ng mga butas sa plastik na plaka na may isang drill at pinagsama ang lahat. Ang apat na butas sa plaka ay kinakailangan sa gitna, bukod sa perimeter nito, upang maipasa ang mga kurbatang kurso. Ginawa ang mga ito sa isang drill. Ang mga ito ay nasa gitnang bahagi at wala sa mga gilid ng plato upang maisara ang maong sa paligid ng braso nang hindi hinahadlangan ito ng plato dahil ang plato ay hindi nababaluktot.

Pagkatapos ang iba pang mga butas ay drilled din sa plastic plaka upang ayusin ang mga motor. Ang mga motor ay naayos na may dalawang naka-cross na kurbatang kurbatang. Ang ilang kola ay idinagdag sa kanilang mga gilid upang matiyak na ang pagkapirmi.

Ang mga motor ay dapat na ilagay sa isang paraan na ang mga gulong ay hindi makagambala sa bawat isa. Kaya't may pinaghiwalay sa kaliwa at kanang bahagi ng kamay: dalawa sa isang gilid, na ang mga gulong ay lumiliko sa tapat ng mga direksyon at ang isa sa kabilang panig.

Hakbang 8: Code sa Arduino

Ang code ay nabuo sa isang simpleng paraan: upang mai-aktibo o hindi ang mga motor. Ang mga servo ay maisasaaktibo lamang kung ang pagbabasa ay higit sa isang tiyak na halaga (naayos ito ng mga pagsubok at kamalian dahil ang sensibilidad ng bawat sensor ay hindi eksaktong pareho). Mayroong dalawang mga posibilidad ng baluktot, mababa para sa isang mababang lakas at ganap na para sa isang malakas na puwersa. Kapag ang daliri ay baluktot walang lakas ng gumagamit ang kinakailangan upang mapanatili ang daliri sa aktwal na posisyon. Ang dahilan ng pagpapatupad na ito ay kung hindi man nabanggit na ang mga daliri ay kailangang magpatuloy na maglapat ng isang puwersa sa mga sensor at ang guwantes ay hindi nagbibigay ng anumang kalamangan. Upang palabasin ang baluktot ng daliri, kailangang ilapat ang isang bagong puwersa sa sensor ng presyon, na kumikilos bilang isang utos ng paghinto.

Maaari naming hatiin ang code sa tatlong bahagi:

Init sensor:

Una sa lahat sinimulan namin ang tatlong variable ng integer: pagbabasa1, pagbabasa2, pagbabasa3 para sa bawat sensor. Ang mga sensor ay inilagay sa mga analog input na A0, A2, A4. Ang bawat variable para sa pagbabasa ay nakatakda tulad ng:

• pagbabasa1 kung saan nakasulat ang halagang binasa sa input A0,
• pagbabasa2 kung saan nakasulat ang halagang binasa sa input A2,
• pagbabasa3 kung saan nakasulat ang halagang binasa sa input A4

Ang dalawang mga threshold ay naayos sa pamamagitan ng daliri na tumutugma sa dalawang posisyon ng pagpapaandar ng mga servos. Ang mga threshold na ito ay magkakaiba para sa bawat daliri dahil ang lakas na inilapat ay hindi pareho para sa bawat daliri at ang pagkasensitibo ng tatlong mga sensor ay hindi eksaktong pareho.

Motors init:

Tatlong variable na char (save1, save2, save3), isa para sa bawat motor ay pinasimulan sa 0. Pagkatapos sa pag-setup ay tinukoy namin ang mga pin kung saan namin plug ang mga motor ayon sa pagkakabanggit: pin 9, pin 6 at pin 3 para sa servo1, servo2, servo3; pinasimuno ang lahat sa 0 na halaga.

Pagkatapos ang mga servo ay napapagalaw sa pamamagitan ng command servo.write () na kung saan ay maaaring ayusin ang anggulo na natanggap bilang input sa servo. Sa pamamagitan din ng mga pagsubok at pagkakamali natagpuan ang dalawang magagandang anggulo, na kinakailangan upang yumuko ang daliri sa dalawang posisyon na naaayon sa isang maliit na mahigpit na pagkakahawak at isang malaking mahigpit na pagkakahawak.

Dahil ang isang motor ay kailangang lumiko sa kabaligtaran na direksyon dahil sa pag-aayos nito, ang panimulang puntong ito ay hindi zero ngunit ang maximum na anggulo at pagbaba kapag ang isang puwersa ay inilapat upang ma-turn sa kabaligtaran direksyon.

Link sa pagitan ng mga sensor at motor:

Ang pagpili ng save1, save2, save3 at pagbabasa1, pagbabasa2, pagbabasa3 ay nakasalalay sa paghihinang. Ngunit para sa bawat daliri, ang sensor at ang motor na nauugnay ay dapat magkaroon ng parehong numero.

Pagkatapos sa loop, kung ang mga kundisyon ay ginamit upang subukan kung ang daliri ay nasa isang baluktot na posisyon o hindi at kung ang presyon ay inilapat o hindi sa mga sensor. Kapag ang mga sensor ay nagbabalik ng isang halaga, kailangang ilapat ang isang puwersa ngunit posible ang dalawang magkakaibang mga kaso:

• Kung ang daliri ay hindi pa baluktot, ihinahambing ang halagang ito na ibinalik ng mga sensor sa mga threshold, ang kaukulang anggulo ay inilalapat sa servo.
• Kung ang daliri ay nakayuko, nangangahulugan ito na nais ng gumagamit na palabasin ang baluktot at pagkatapos ay ang panimulang anggulo ay inilapat sa mga servos.

Ginagawa ito para sa bawat motor.

Pagkatapos ay nagdagdag kami ng isang pagkaantala ng 1000 ms upang maiwasan ang pagsubok nang madalas ang mga halaga ng mga sensor. Kung ang isang napakaliit na halaga ng pagkaantala ay inilapat, peligro na direktang buksan muli ang kamay pagkatapos isara ito kung sakaling ang puwersa ay mailapat sa isang mas mahabang oras kaysa sa oras ng pagkaantala.

Ang lahat ng proseso para sa isang sensor ay ipinakita sa tsart ng daloy dito sa itaas.

ANG BUONG KODE

# isama ang Servo servo1; Servo servo2; Servo servo3; int pagbabasa1; int pagbabasa2; int pagbabasa3; char save1 = 0; // ang servo ay nagsisimula sa state 0, natutulog state char save2 = 0; char save3 = 0; void setup (void) {Serial.begin (9600); servo2.attach (9); // servo sa digital pin 9 servo2.write (160); // paunang punto para sa servo servo1.attach (6); // servo sa digital pin 6 servo1.write (0); // paunang punto para sa servo servo3.attach (3); // servo sa digital pin 3 servo3.write (0); // paunang punto para sa servo

}

walang bisa loop (walang bisa) {pagbabasa1 = analogRead (A0); // naka-attach sa analog 0 na pagbasa2 = analogRead (A2); // naka-attach sa analog 2 na pagbasa3 = analogRead (A4); // nakakabit sa analog 4

// if (read2> = 0) {Serial.print ("Sensor value ="); // Halimbawa ng utos na ginamit para sa pagkakalibrate ng mga threshold ng unang sensor

// Serial.println (pagbabasa2); } // else {Serial.print ("Sensor halaga ="); Serial.println (0); }

kung (pagbabasa1> 100 at i-save1 == 0) {// kung ang sensor ay nakakakuha ng isang mataas na halaga at wala sa estado ng pagtulog save1 = 2; } // pumunta sa estado 2 pa kung (pagbabasa1> 30 at i-save1 == 0) {// kung ang sensor ay nakakakuha ng isang katamtamang halaga at wala sa natutulog na estado save1 = 1; } // nakasaad sa 1 pa kung (pagbabasa1> 0) {// kung ang halaga ay hindi zero at wala sa mga nakaraang kundisyon ang tama save1 = 0;} // pumunta sa estado ng pagtulog

kung (save1 == 0) {servo1.write (160); } // bitawan pa kung (save1 == 1) {servo1.write (120); } // medium anggulo ng paghila ng iba pa {servo1.write (90); } // maximum na anggulo ng paghila

kung (pagbabasa2> 10 at i-save2 == 0) {// pareho sa servo 1 save2 = 2; } iba pa kung (nagbasa2> 5 at makatipid2 == 0) {save2 = 1; } iba pa kung (nagbasa2> 0) {save2 = 0;}

kung (save2 == 0) {servo2.write (0); } iba pa kung (save2 == 1) {servo2.write (40); } iba pa {servo2.write (60); }

kung (pagbabasa3> 30 at save3 == 0) {// pareho sa servo 1 save3 = 2; } iba pa kung (pagbabasa3> 10 at i-save3 == 0) {save3 = 1; } iba pa kung (nagbabasa3> 0) {save3 = 0;}

kung (save3 == 0) {servo3.write (0); } iba pa kung (save3 == 1) {servo3.write (40); } iba pa {servo3.write (70); } pagkaantala (1000); } // maghintay lang ng saglit

Hakbang 9: Ayusin ang Arduino, ang Mga Baterya at ang Veroboard sa braso

Ang isa pang plato ay nakalimbag sa PLA upang maiayos ang mga may hawak ng baterya at ang arduino.

Ang plate ay may sukat: 100x145x5mm.

Naroroon ang apat na butas upang lokohin ang arduino at dalawa upang i-tornilyo ang may-ari ng baterya ng 9V. Ang isang butas ay ginawa sa may hawak ng baterya ng 6V at sa plato upang magamit ang isang kurbatang kurbata upang maayos silang magkasama. Ang ilang pandikit ay idinagdag upang matiyak na ang pag-aayos ng may-ari na ito. Ang switch ay naayos na may dalawang maliit na kurbatang kurbatang.

Mayroon ding apat na butas na ginamit upang ayusin ang plato sa maong gamit ang mga kurbatang kurbatang.

Ang veroboard ay inilalagay sa arduino tulad ng isang kalasag.

Hakbang 10: Ikonekta ang Electronics

Ang circuit ay solder sa veroboard tulad ng iniulat sa scheme sa itaas.

Ang Arduino ay may isang 9V na baterya bilang supply at isang switch ay konektado sa pagitan ng mga ito upang ma-patay ang Arduino. Kailangan ng 6V na baterya para sa servo motor na nangangailangan ng maraming kasalukuyang at ang pangatlong pin ng servos ay konektado sa pin 3, 6 at 9 upang makontrol ang mga ito sa PWM.

Ang bawat sensor ay konektado sa isang gilid ng 5V ng Arduino at sa kabilang panig ng isang 330 ohm risistor na konektado sa lupa at ang mga pin na A0, A2 at A4 upang masukat ang tensyon.

Hakbang 11: Idagdag ang Nylon Wires

Ang mga nylon wires ay ginawa upang dumaan sa parehong mga butas sa dulo at mga singsing tulad ng nakikita sa larawan, pagkatapos ang dalawang halves ng kawad ay parehong pupunta sa loob ng gabay ng polyethylene at mananatiling magkasama hanggang sa katapusan ng gabay, sa motor. Ang haba ng mga wire ay natutukoy sa puntong ito, kailangan nilang sapat na haba upang bilugan sa sandaling ang gulong ng servo gamit ang tuwid na mga daliri.

Ang mga ito ay naayos sa mga gulong na may isang buhol na dumadaan sa labangan ng dalawang maliit na butas na naroroon sa.stl na mga file at may mainit na pandikit para sa karagdagang pagpapatatag.

Hakbang 12: Mag-enjoy

Gumagana ito tulad ng inaasahan.

Sa unang salpok ay yumuko ang daliri at sa pangalawa ay pinakawalan ito. Walang lakas na kinakailangan kapag ang mga daliri ay nakayuko.

Gayunpaman, tatlong mga problema ang natitira:

- Dapat kaming mag-ingat na gumawa ng isang salpok na mas maikli sa 1 segundo upang mapalakas ang mga servo kung hindi man ang mga wire ay agad na pinakawalan pagkatapos ng paghila tulad ng ipinaliwanag sa hakbang 8 tungkol sa Arduino code.

- Ang mga bahagi ng plastik ay medyo nadulas kaya nagdagdag kami ng maiinit na pandikit sa dulo upang magdagdag ng alitan.

- Kung ang isang mabibigat na pagkarga ay nasa daliri ang sensor ay magkakaroon ng lahat ng oras ng isang malaking halaga at sa gayon ang servo ay patuloy na paikutin.