Bate palma! - o mână robotică: 5 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Într-o zi, la clasa Principiile noastre de inginerie, ne-am propus să construim mașini compuse din piese VEX. Pe măsură ce am început să construim mecanismele, ne-am străduit să gestionăm mai multe componente complexe care trebuiau asamblate împreună. Dacă cineva ar putea să ne ajute …

De aceea, noi, trei elevi din liceul Irvington din clasa doamnei Berbawy, am decis să proiectăm și să construim o mână robotică de la zero! Cu o estimare financiară de 150 USD pentru acest S. I. D. E. Proiect, am reușit să achiziționăm toate materialele necesare, rămânând însă sub buget. Produsul finit este format dintr-un Arduino Mega, un servo-microcontroler care conduce 5 servo-uri, fiecare dintre ele fiind conectat la un deget tipărit 3D care este capabil să se miște individual cu articulații realiste.

Acesta a fost un proiect foarte ambițios, având în vedere că toți membrii echipei sunt elevi de liceu cu programe ocupate pentru anul junior și nu au experiență anterioară în proiectarea completă a unui proiect bazat pe electronică de la bază în sus. În timp ce membrii echipei noastre au experiență anterioară de proiectare și programare asistată de computer, proiectul ne-a deschis ochii spre utilizarea potențială a hardware-ului și software-ului Arduino într-un mod care ar putea ajuta oamenii să își îndeplinească sarcinile zilnice.

Modelare 3D și design de Patrick Ding

Documentare și codificare Arduino de Ashwin Natampalli

Arduino Coding, Circuitry și instructable de Sandesh Shrestha

Pasul 1: CADing

Primul și cel mai dificil pas către acest proiect este de a crea modele 3D ale mâinii cu degetele. Pentru a face acest lucru, utilizați Autodesk Inventor sau Autodesk Fusion 360 (Am folosit primul).

Utilizați fișiere de piese pentru a crea CAD-uri individuale pentru palma, segmentele degetelor, vârful degetelor și segmentul degetului roz. Acest lucru ne-a luat 2-3 revizii pe piesă, pentru ca funcționarea îmbinărilor și servomotoarelor să fie netedă.

Designul poate fi de orice dimensiune și formă dorite, atâta timp cât calea șirului permite o funcționare lină a degetelor și degetele nu se ciocnesc între ele. De asemenea, asigurați-vă că degetele sunt capabile să se prăbușească complet pentru un pumn închis.

Pentru a remedia problema interferențelor șirurilor și căilor ineficiente, așa cum am găsit în prima noastră versiune, au fost adăugate bucle, ghidaje de șiruri și tuneluri, astfel încât șirul să poată fi ușor tras și slăbit.

Iată multivizualizările noastre finalizate și fișierele CAD.stl pentru fiecare parte.

Pasul 2: Imprimare 3D

După finalizarea CAD-urilor, utilizați o imprimantă 3D pentru a le face să prindă viață. Această etapă poate fi repetată de mai multe ori dacă designul pe care îl creați are unele probleme.

Pentru imprimarea 3D, exportați mai întâi fișierele CAD ca fișiere STL. Pentru a face acest lucru în Autodesk Inventor, faceți clic pe meniul derulant Fișier și plasați cursorul pe Export. Din coloana pop-up, selectați Format CAD. Meniul Windows File Explorer vă va permite să alegeți fișierul.stl din meniul derulant și să alegeți o locație pentru fișier.

Odată ce fișierul este gata pentru a fi importat în software-ul imprimantei 3D, configurați opțiunile de imprimare după bunul dvs. plac sau urmați configurația noastră. Software-ul imprimantei 3D variază de la o marcă la alta, așa că consultați ghidurile online sau manualul pentru a naviga în software-ul lor. Pentru mâna noastră, am folosit LulzBot Mini datorită disponibilității sale în cadrul clasei noastre.

Pasul 3: Asamblare

Odată ce toate piesele sunt imprimate 3D cu plute și suporturi îndepărtate (dacă este cazul), atunci fiecare piesă trebuie pregătită pentru a începe asamblarea.

Deoarece imprimantele 3D nu sunt foarte precise și pot apărea mici imperfecțiuni, utilizați un fișier sau un șmirghel sau un dremel cu un atașament de șlefuit pentru a netezi anumite fețe. Pentru cea mai lină operare a articulațiilor, concentrați-vă pe articulații și punctele de intersecție pentru a netezi pentru conexiuni optime. Uneori, tunelurile cu șiruri din segmentele degetelor și alte părți se pot rupe sau pot fi imperfecte. Pentru a combate discrepanțele majore, utilizați un burghiu cu un burghiu de 3/16 inch pentru a fora tunelurile.

Pentru cea mai ușoară rutare a șirurilor, asamblați fiecare deget, direcționați șirul prin tuneluri și legați șirul la capete. Înainte de a îmbina fiecare deget cu palma, treceți șirul prin buclele de ghidare, unul prin orificiul superior și unul prin fund, pe palmă și atașați-l la capetele opuse ale bobinelor incluse ale servo-ului. Odată ce lungimile sunt corecte, uniți degetele cu palma.

După cum se arată în imaginea de mai sus, introduceți șuruburi m4x16 în fiecare articulație pentru a ține degetul împreună. Repetați fiecare proces de construire a degetelor pentru toate degetele, folosind segmentele roz pentru roz.

Pasul 4: Circuitul Arduino

Cu scheletul asamblat, acum mușchii și creierul trebuie să fie integrați. Pentru a rula toate serviciile simultan, trebuie să folosim un controler motor PCA 9685 de la Adafruit. Acest controler necesită o sursă de alimentare externă pentru a alimenta servomotoarele. Utilizarea acestui controler și a bibliotecii sale de codificare proprietare pot fi găsite aici.

Când conectați Arduino la controler, asigurați-vă că înregistrați ieșirile pin. Dacă utilizați un Arduino Mega, acest lucru nu va fi necesar. În toate cazurile, însă, asigurați-vă că înregistrați pe ce porturi de pe controlerul motorului sunt montate servomotoarele.

Pentru a controla servo-urile și mâna folosind o telecomandă IR, pur și simplu adăugați receptorul IR și conectați alimentarea și împământarea la Arduino cu firul de date la porturile digitale. Verificați pinout-ul receptorului IR pentru a vă asigura că cablajul este corect. Este prezentat un exemplu al circuitului nostru.

Pentru a crea acest circuit, conectați mai întâi fiecare servo la porturile 3, 7, 11, 13 și 15 de pe placa controlorului servomotorului. Atașați întreaga placă cu cele cinci pini de jos pe o placă de prindere.

Folosind cabluri jumper, conectați puterea și împământarea 5V Arduino la o șină de alimentare a panoului (asigurați-vă că etichetați sau vă amintiți ce parte are 5V de la Arduino!). Acest lucru va alimenta senzorul IR și controlerul motorului. Conectați un pachet de alimentare de 6V la cealaltă șină de alimentare. Acest lucru va alimenta servo-urile.

Așezați toți cei 3 pini ai senzorului IR în panoul de control. Conectați alimentarea și împământarea la șina de 5V și ieșirea la pinul digital 7.

Deoarece folosim un Arduino Mega, porturile SDA și SCL de pe controlerul motorului vor fi conectate la porturile SDA și SCL de pe Arduino. Porturile VCC și la sol se vor conecta la șina de 5V.

Cu acumulatorul conectat la propria șină de alimentare, utilizați cabluri jumper și o șurubelniță mică cu cap plat pentru a asigura puterea servomotorelor prin antetul de intrare verde.

Asigurați-vă că toate conexiunile sunt strânse și verificați din nou toate liniile de cablu cu circuitul nostru TinkerCAD atașat.

Pasul 5: Codificare

Ultimul pas înainte ca această mână să poată fi comandat pentru utilizare este codificarea Arduino. Deoarece această mână folosește controlerul motorului PCA 9685, trebuie mai întâi să instalăm biblioteca, care se poate face în mediul de codare Arduino. După instalare, instalați și biblioteca IRremote pentru funcționalitatea IR Remote.

În codul nostru, definițiile fiecărui buton de pe telecomanda IR sunt afișate cu coduri de 8 cifre. Acestea au fost găsite folosind programul IRRecord, care tipărește pe Serial Monitor codul de 8 cifre al fiecărui buton.

Atașat este atât programul IRRecord, cât și programul de control manual finalizat.

La începutul codului, includeți bibliotecile IRremote, Wire și Adafruit_PWMServoDriver.

După aceea, utilizați rezultatele IRRecord pentru a defini fiecare buton al telecomenzii IR. Deși nu sunt necesare toate (sunt necesare doar 10), toate acestea permit extinderea rapidă (adăugarea de funcții și gesturi prestabilite) pentru viitor. Creați pwm utilizând funcția servo-driver și atribuiți servo-urile pinilor de pe controlerul motorului. Folosiți aceleași valori ca SERVOMAX / MIN așa cum se arată. Alocați pinul de intrare digital al senzorului IR ca 7 și inițializați.

Declarați funcția de configurare cu inițializarea Serial cu o rată de transmisie de 9600. Activați senzorul IR și porniți servo cu frecvența servo de 60 Hz.

În cele din urmă, creați un comutator if / else bazat pe transmisia de intrare a telecomenzii IR în funcția de buclă. Apoi creați un comutator / carcasă cu carcase ale fiecărui buton de pe telecomanda IR care va fi utilizat. Acestea pot fi modificate pentru comenzile preferate. Pentru fiecare caz, imprimați butonul apăsat pe monitorul serial pentru depanare și utilizați o buclă for pentru a muta servo. După crearea tuturor cazurilor, asigurați-vă că reluați senzorul IR pentru mai multe semnale primite înainte de a închide funcția de buclă. Codificarea servoarelor prin placa controlerului motorului poate fi găsită la