Hög femma! - en robothand: 5 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

En dag, i vår Principles of Engineering -klass, bestämde vi oss för att konstruera sammansatta maskiner av VEX -delar. När vi började bygga mekanismerna kämpade vi för att hantera flera komplexa komponenter som behövde monteras ihop. Om bara någon kunde ge oss en hand …

Det är därför vi, tre Irvington gymnasieelever i Ms. Berbawys klass, bestämde oss för att designa och bygga en robothand från grunden! Med en ekonomisk uppskattning på $ 150 för denna S. I. D. E. Projektet, vi kunde skaffa allt material som behövdes samtidigt som vi låg långt under budgeten. Den färdiga produkten består av en Arduino Mega, en servomikrokontroller som driver 5 servon, som var och en är ansluten till ett 3D-tryckt finger som kan röra sig individuellt med realistiska leder.

Detta var ett mycket ambitiöst projekt, med tanke på att alla teammedlemmar är gymnasieelever med hektiska juniorscheman och inte har någon tidigare erfarenhet av att helt utforma ett elektronikbaserat projekt från grunden. Medan våra teammedlemmar har tidigare datorstödd design- och programmeringserfarenhet, öppnade projektet våra ögon för det potentiella utnyttjandet av Arduino-hårdvara och programvara på ett sätt som kan hjälpa människor att utföra sina dagliga uppgifter.

3D -modellering och design av Patrick Ding

Dokumentation och Arduino -kodning av Ashwin Natampalli

Arduino kodning, kretsar och instruerbara av Sandesh Shrestha

Steg 1: CADing

Det första och svåraste steget i detta projekt är att skapa 3D -modeller av handen med fingrar. För att göra detta, använd Autodesk Inventor eller Autodesk Fusion 360 (Vi använde den förra).

Använd delfiler för att skapa individuella CAD: er för handflatan, fingersegmenten, fingertopparna och det rosa fingersegmentet. Detta tog oss 2-3 revisioner per del för att driften av lederna och servon skulle bli smidig.

Designen kan vara vilken storlek och form som helst så länge strängens väg tillåter smidig fingeroperation och fingrar inte krockar med varandra. Se också till att fingrarna kan kollapsa helt för en stängd näve.

För att åtgärda problemet med strängstörningar och ineffektiva vägar, som vi hittade i vår första version, har loopar, strängguider och tunnlar lagts till så att strängen enkelt kan dras och lossas.

Här är våra färdiga multivisningar och.stl CAD -filer för varje del.

Steg 2: 3D -utskrift

När du har slutfört CAD: erna, använd en 3D -skrivare för att göra dem levande. Detta steg kan upprepas flera gånger om designen du skapar har några problem.

För 3D -utskrift, exportera först CAD -filerna som STL -filer. För att göra detta i Autodesk Inventor, klicka på rullgardinsmenyn Arkiv och håll muspekaren över Exportera. Välj CAD -format i popup -kolumnen. I menyn Utforskare i Windows kan du välja.stl -fil från rullgardinsmenyn och välja en plats för filen.

När filen är klar att importeras till 3D -skrivarens programvara konfigurerar du utskriftsalternativen efter eget tycke eller följer vår konfiguration. 3D -skrivarprogramvaran varierar från märke till märke, så se onlineguider eller manualen för att navigera i deras programvara. För vår hand använde vi LulzBot Mini på grund av dess tillgänglighet i vår klass.

Steg 3: Montering

När alla delar har tryckts ut med 3D med flottar och stöd har tagits bort (om tillämpligt) måste varje del vara förberedd för att kunna börja montera.

Eftersom 3D -skrivare inte är särskilt exakta och små brister kan uppstå, använd en fil eller sandpapper eller en dremel med en slipfäste för att jämna ut vissa ansikten. För den smidigaste fogoperationen, fokusera på leder och skärningspunkter för att jämna ut för optimala anslutningar. Ibland kan strängtunnlarna i fingersegment och andra delar grotta in eller vara ofullkomliga. För att bekämpa stora avvikelser, använd en borr med en 3/16in borr för att borra ut tunnlarna.

För den enklaste strängruttningen, montera varje finger, dra strängen genom tunnlarna och bind strängen i ändarna. Innan varje finger slås ihop med handflatan, kör strängen genom styröglorna, en genom det övre hålet och ett genom botten, på handflatan och fäst den i motsatta ändar av servos medföljande spolar. När längderna är korrekta, foga fingrarna till handflatan.

Som visas på bilden ovan, sätt in m4x16 skruvar i varje led för att hålla fingret ihop. Upprepa varje fingerbyggnadsprocess för alla fingrar, med pinky -segmenten för pinky.

Steg 4: Arduino Circuitry

Med skelettet sammansatt måste musklerna och hjärnan nu integreras. För att köra alla servon samtidigt måste vi använda en PCA 9685 motorstyrenhet från Adafruit. Denna styrenhet kräver en extern strömförsörjning för att driva servon. Användning av denna handkontroll och dess egna kodningsbibliotek finns här.

När du kopplar Arduino till styrenheten, se till att du registrerar stiftutgångarna. Om du använder en Arduino Mega är det inte nödvändigt. I alla fall, se dock till att du spelar in vilka portar på motorstyrenheten som servon är monterade på.

För att styra servon och handen med en IR -fjärrkontroll, lägg bara till IR -mottagaren och anslut ström och jord till Arduino med datakabeln till de digitala portarna. Kontrollera att IR -mottagaren sitter fast för att se till att kablarna är korrekta. Ett exempel på vår krets visas.

För att skapa denna krets, anslut först varje servo till portarna 3, 7, 11, 13 och 15 på servomotorns styrkort. Fäst hela brädet med de fem stiften på botten på en brödbräda.

Använd bygelkablar, anslut Arduinos 5V -ström och jord till en kraftskena på brödbrädet (Se till att du märker eller kommer ihåg vilken sida som har 5V från Arduino!). Detta kommer att driva IR -sensorn och motorstyrenheten. Anslut ett 6V kraftpaket till den andra kraftskenan. Detta kommer att driva servon.

Placera alla 3 stiften på IR -sensorn i panelen. Anslut ström och jord till 5V -skenan och utgången till digital stift 7.

Eftersom vi använder en Arduino Mega kommer portar SDA och SCL på motorstyrenheten att anslutas till SDA- och SCL -portarna på Arduino. VCC- och markportarna ansluts till 5V -skenan.

Med batteripaketet anslutet till sin egen kraftskena, använd bygelkablar och en liten platt skruvmejsel för att säkra strömmen till servomotorerna genom den gröna ingångsrubriken.

Se till att alla anslutningar är täta och kontrollera alla kabelledningar igen med vår TinkerCAD -krets ansluten.

Steg 5: Kodning

Det sista steget innan denna hand kan tas i bruk för användning är att koda Arduino. Eftersom den här handen använder motorstyrenheten PCA 9685 måste vi först installera biblioteket, vilket kan göras inuti Arduino Coding Environment. Efter installationen installerar du också IRremote -biblioteket för IR -fjärrfunktion.

I vår kod visas definitionerna av varje knapp på IR -fjärrkontrollen med åttasiffriga koder. Dessa hittades med hjälp av IRRecord -programmet, som skriver ut den 8 -siffriga koden för varje knapp till Serial Monitor.

Bifogat är både IRRecord -programmet och det färdiga handkontrollprogrammet.

I början av koden, inkludera bibliotek IRremote, Wire och Adafruit_PWMServoDriver.

Använd sedan resultaten från IRRecord för att definiera varje knapp på IR -fjärrkontrollen. Även om alla inte är nödvändiga (endast 10 behövs), med alla möjliggör snabb expansion (lägga till funktioner och förinställda gester) för framtiden. Skapa pwm med hjälp av servodrivrutinsfunktionen och tilldela servon till stiften på motorstyrenheten. Använd samma värden för SERVOMAX/MIN som visas. Tilldela IR -sensorns digitala ingångsstift som 7 och initiera.

Deklarera installationsfunktionen med initialiseringsserien med baudhastighet på 9600. Aktivera IR -sensorn och starta servon med servofrekvensen på 60hz.

Slutligen skapa en if/else -switch baserad på inkommande överföring av IR -fjärrkontrollen i loop -funktionen. Skapa sedan en switch/case med fall av varje knapp på IR -fjärrkontrollen som kommer att användas. Dessa kan ändras för dina föredragna kontroller. För varje fall, skriv ut knappen tryckt på seriell bildskärm för felsökning, och använd en for loop för att flytta servon. När alla fall har skapats, se till att återuppta IR -sensorn för fler inkommande signaler innan du stänger loop -funktionen. Kodning av servon via motorstyrkortet finns på