Für die diesjährige Wissenschaftsmesse hatte ich das Bedürfnis, etwas zu bauen, anstatt ein Experiment durchzuführen. Ich musste mich nur in Instructables nach einer Projektidee umsehen. Ich war von njkl44s Roboterhand inspiriert, da sie mich so sehr an Sachen aus Science-Fiction-Filmen erinnert. Mein Ziel war es, ein System haptischer Rückmeldung von einer solchen Roboterhand zu schaffen. Das System bietet eine Möglichkeit für die Person, die die Hand steuert, zu "fühlen", was die Roboterhand fühlt. Ich dachte, dass dies ein ausgezeichnetes Projekt war, da es mir etwas für die Wissenschaftsmesse zu tun gab und mir eine Plattform für die ständige Weiterentwicklung bot. Mit anderen Worten, ich werde nicht aufhören, daran zu arbeiten. Ich werde immer versuchen, darauf zurückzukommen, damit ich es von Zeit zu Zeit verbessern oder neu gestalten kann.
njkl44s Roboterhand:
http://www.instructables.com/id/Arduino-Wireless-Animatronic-Hand/
Zubehör:
Schritt 1: Materialien und Werkzeuge
Materialien:
Pro Finger:
A2-70 Schrauben - 3 mit abgeschrägtem Kopf und 4 mit regulärem Kopf für jeden Finger
Nylon-Sicherungsmuttern für die Bolzen
4-40 x 1/2 "Maschinenschraube und passende Mutter
2-56 Kugelgelenk mit Gewinde (zum Verbinden des Fingers mit dem Servo)
Jumbo-Büroklammer (dient zum Verbinden der Kugelglieder)
(x28) # 4S Unterlegscheiben
Elektronik:
Arduino Mega
(x4) FSR
(x4) 4,5 "flexibler Widerstand
(x4) Mini-Vibrationsmotoren
(x10) PCB-Schraubklemmen
(x4) 22k Widerstände
(x4) 10k Widerstände
24AWG-Kabel in einem verdrillten Paar (die Paare erleichtern die Kabelführung)
(x4) Hobby Servos
Sonstiges Breadboarding-Ausrüstung
6-V-Stromquelle (ich habe einen 4xAA-Batteriehalter verwendet)
Andere:
5mm Acryl
Klebeband
Golve
Schrumpfschlauch
Faden
Werkzeuge:
Laserschneider
Dremel
Bohrmaschine
Heißklebepistole
Lötkolben
Schutzbrille
Nadel
Schritt 2: Das Design
Jeder der Finger verwendet zwei Sätze von Viergelenkverbindungen. Wie das geht, zeige ich Ihnen mit den beiden Bildern des Fingers unten.
Für die Teile konnte ich sie in meinem lokalen Hackerspace, den HeatSync Labs, aus Acryl laserschneiden lassen. Acryl ist ein ausgezeichnetes Material für kleinere Belastungen und grundlegende Tests. Wenn der Finger jedoch einer größeren Belastung ausgesetzt ist, besteht die Gefahr, dass die Teile reißen. Anstelle von Acryl ist es besser, die Teile für größere Lasten aus Metall herzustellen.
Die DXF-Dateien sind nicht skaliert. Für die Finger sollten die Löcher 2,8 mm betragen. Für die Handfläche sind die Rechtecke 20x40mm. Ich habe Hitec HS-322 HD-Servos verwendet, die perfekt passen. Sie müssen den Servokoffer abnehmen und wieder in die Hand nehmen, da sich dort, wo die Drähte herauskommen, eine kleine Lippe befindet.
Schritt 3: Setzen Sie die Finger zusammen
Ursprünglich verwendeten die Finger 4-40 Schrauben für alle Löcher, aber da die metrischen Schrauben besser passen, habe ich alle Schrauben ausgetauscht.
Ich musste die inneren Löcher an den Teilen abschrägen, damit die abgeschrägten Schrauben bündig mit der Oberfläche des Acryls lagen. Dazu verwendete ich eine Bohrmaschine mit einem Bohrer, der die gleiche Größe wie die abgeschrägten Köpfe hatte. Ich habe auch die Schrauben ein wenig abgeschnitten, damit sie sich nicht zwischen den Fingern verfangen.
SCHNEIDEN SIE DIE SCHRAUBEN SORGFÄLTIG AB. Ohne Schutzbrille und Handschuhe kann dies zu Problemen führen. Denken Sie auch daran, die normalen Muttern anzuziehen, bevor Sie die Schrauben abschneiden und anschließend abziehen. Dies verhindert, dass sich das Gewinde verformt, wenn Sie die Kontermuttern aufsetzen.
Zum Zusammenfügen des Fingers:
Setzen Sie zuerst die abgeschrägten Schrauben ein.
Dann die anderen Schrauben in beliebiger Reihenfolge.
Jeder Bolzen erhält auch eine eigene Unterlegscheibe und Kontermutter
Schritt 4: Montieren Sie die Roboterhand
Zum Befestigen der Finger das zu verklebende Acryl aufrauen. Dadurch erhält der Heißkleber etwas, an dem er festhalten kann. Positionieren Sie die Finger auch in Winkeln, die denen der menschlichen Hand ähneln. Stellen Sie sie so ein, dass die Schrauben nicht zwischen den Fingern stören.
Löten Sie für jeden FSR die verdrillten Drähte an. Ich habe ungefähr 2 Fuß Draht für jeden FSR verwendet. Wickeln Sie den FSR wie in der Abbildung unten in Klebeband. Dadurch können sie auf die Roboterhand geklebt werden. Vergewissern Sie sich, dass ein kleiner Teil der Drähte durch Klebeband festgehalten wird. Andernfalls kann sich der FSR direkt über der Lötstelle zu stark verbiegen und brechen.
Für die Servos müssen Sie den Koffer zerlegen und wieder zusammenstecken. Sie können aufgrund der Lippe, an der die Drähte herauskommen, nicht hineingleiten. Geben Sie etwas Heißkleber zwischen das Servogehäuse und das Acryl. Dadurch bleiben sie an Ort und Stelle.
Schneiden Sie die Jumbo-Büroklammern auf die richtige Größe und löten Sie sie auf die Kugelgelenke. Das Schöne an den Kugelgelenken ist, dass sie nachträglich angepasst werden können, indem die Glieder etwas mehr oder weniger festgeschraubt werden.
Die einzelne 4-40-Schraube befindet sich oben auf dem ersten Fingersegment und wird am Kugelgelenk befestigt.
Schritt 5: Montieren Sie Ihre Hand
Nähen Sie alle Teile auf einen alten Handschuh. Stellen Sie sicher, dass es zur Roboterhand passt (linker Handschuh für linke Roboterhand und rechter Handschuh für rechte Roboterhand). Die Seite kann durch Vertauschen einiger Drähte geändert werden.
Löten Sie den verdrillten Draht an die Motoren und an die Biegewiderstände. Auch hier habe ich etwa 2 Fuß Draht verwendet, aber wie viel Sie verwenden, hängt davon ab, wie weit Sie vom Arduino entfernt sein möchten.
In meiner ursprünglichen Hand habe ich die verdrillten Paare aus einem Ethernet-Kabel verwendet. Die Farbcodierung erleichterte das Kabelmanagement, die Kabel waren jedoch etwas steif. Die Steifheit beeinträchtigt nicht die Funktionalität der Hand, aber der Handschuh fühlt sich dadurch etwas komisch an. Dies kann durch Verwendung von Litzen anstelle von massivem Kerndraht behoben werden.
Schritt 6: Die Elektronik
Jeder der Sensoren verwendet einen Spannungsteiler. Die FSRs erhalten einen 10k-Widerstand und die Flex-Widerstände einen 22k-Widerstand. Der Spannungsteiler arbeitet mit dem sich ändernden Widerstand der Sensoren. Wenn der Widerstandswert für den variablen Widerstand höher ist, fällt am variablen Widerstand eine größere Spannung ab. Die Spannungsteiler werden mit +5 V versorgt, und dieser Abfall von 5 V wird auf die beiden Widerstände aufgeteilt. Der Arduino misst die Spannung zwischen den Widerständen und gibt basierend auf dem Spannungswert einen Wert zwischen 0 und 1023 zurück (0 steht für 0 V und 1023 für 5 V).
Schritt 7: Programmieren Sie die Hand
Ich habe den Code aus meiner ersten Version angehängt. Zu dieser Zeit verwendete ich zwei normale Arduinos, da ich 8 Analog-In-Pins benötigte. Es hat auch die beiden Prozesse isoliert: Positionieren der Finger und Messen der Drücke. Für meine zweite Version (diese Version) habe ich ein Arduino Mega verwendet, damit ich alle Eingänge auf einer Platine unterbringen kann. Was den Code betrifft, habe ich die Servopositionierung so ziemlich kopiert und in die Druckleseschleife eingefügt und die Stiftbeschriftungen geändert.
**Wichtig**
Für die Servopositionierung müssen noch einige Arbeiten zur Begrenzung der Drehung ausgeführt werden. Wenn sie sich zu weit drehen, kann etwas zerbrechen. So habe ich mir den Finger gebrochen.
Wie ich im Intro sagte, werde ich immer wieder auf dieses Projekt zurückkommen, um es Stück für Stück zu verbessern. Da dies eines meiner ersten Arduino-Programme ist, gibt es höchstwahrscheinlich einige Ineffizienzen im Code. Fühlen Sie sich frei, mögliche Änderungen zu posten.
Schritt 8: Alles anschließen
Dies ist einer der schwierigeren Teile. Stellen Sie sicher, dass Sie alle Verbindungen überprüfen und überprüfen.
Jeder Sensor erhält ein eigenes Terminal. Ein Draht geht in einen Schlitz und der andere Draht geht in den anderen Schlitz. Da die Sensoren Widerstände sind, spielt es keine Rolle, in welche Richtung sie gehen.
Auf den Terminals von links nach rechts:
(jeder Widerstand mit eigenem Anschluss)
Flexwiderstände (Handschuh) - Zeigefinger
Mittelfinger
Ringfinger
kleiner Finger
(Jeder der vier Drähte geht in einen eigenen Steckplatz)
Motor Grounds-Order spielt keine Rolle; Denken Sie daran, dass die positiven Drähte direkt in den Arduino einhängen
FSRs (Roboterhand) - Zeigefinger
Mittelfinger
Ringfinger
kleiner Finger
Die Servos sind auf der anderen Seite des Steckbretts angeschlossen.
Servostifte:
Rot-positive Stromquelle
Schwarzgrundig
Weiß / Gelb-Signal (der Digital Out-Pin, an den das Servo am Arduino angeschlossen ist)
Alle Überbrückungsdrähte gehen von der Platine zu den entsprechenden Pins auf dem Arduino. (Flex Sensor 1 zu Analog In 0, Flex Sensor 2 zu Analog In 2 usw.)
Schritt 9: Viel Spaß!
Viel Spaß mit diesem Projekt und zögern Sie nicht, Fragen zu stellen!
-zach
Finalist in der
Roboter-Herausforderung
