High Five! - 'n Robotiese hand: 5 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Op 'n dag, in ons Principles of Engineering -klas, het ons besluit om saamgestelde masjiene uit VEX -onderdele te bou. Toe ons die meganismes begin bou, het ons gesukkel om verskeie komplekse komponente te bestuur wat saamgestel moes word. As iemand ons net 'n hand kan gee …

Daarom het ons, drie hoërskoolleerlinge van Irvington, in die klas van mej. Berbawy, besluit om 'n robothand van voor af te ontwerp en te bou! Met 'n finansiële raming van $ 150 vir hierdie S. I. D. E. Projek, ons kon al die nodige materiaal bekom terwyl ons goed onder die begroting was. Die voltooide produk bestaan uit 'n Arduino Mega, 'n servomikro-kontroleerder wat 5 servo's bestuur, wat elkeen gekoppel is aan 'n 3D-gedrukte vinger wat individueel kan beweeg met realistiese gewrigte.

Dit was 'n baie ambisieuse projek, aangesien alle spanlede hoërskoolleerlinge is met besige junior jaarskedules en geen vorige ondervinding het in die ontwerp van 'n elektronies -gebaseerde projek van die begin af nie. Alhoewel ons spanlede reeds oor rekenaargesteunde ontwerp- en programmeringservaring beskik, het die projek ons oë oopgemaak vir die moontlike gebruik van Arduino-hardeware en sagteware op 'n manier wat mense kan help om hul daaglikse take te verrig.

3D -modellering en ontwerp deur Patrick Ding

Dokumentasie en Arduino -kodering deur Ashwin Natampalli

Arduino -kodering, stroombane en onderrig deur Sandesh Shrestha

Stap 1: CADing

Die eerste en moeilikste stap vir hierdie projek is om 3D -modelle van die hand met vingers te skep. Gebruik Autodesk Inventor of Autodesk Fusion 360 (ons het eersgenoemde gebruik).

Gebruik deellêers om individuele CAD's vir die palm, vinger segmente, vingerpunte en pinky vinger segment te skep. Dit het ons 2-3 hersienings per deel geneem om die werking van die gewrigte en servo's glad te laat verloop.

Die ontwerp kan watter grootte en vorm ook al wees, solank as wat die tou soepel moontlik werk, en die vingers nie met mekaar bots nie. Maak ook seker dat die vingers heeltemal in duie kan stort vir 'n geslote vuis.

Om die probleem van stringinterferensies en ondoeltreffende paaie op te los, soos ons in ons eerste weergawe gevind het, is lusse, stringgidse en tonnels bygevoeg sodat die tou maklik getrek en losgemaak kan word.

Hier is ons afgehandelde multiviews en.stl CAD -lêers vir elke deel.

Stap 2: 3D -drukwerk

Nadat u die CAD's voltooi het, gebruik u 'n 3D -drukker om dit lewendig te maak. Hierdie fase kan verskeie kere herhaal word as die ontwerp wat u skep, probleme ondervind.

Vir 3D -druk, voer eers die CAD -lêers uit as STL -lêers. Om dit in Autodesk Inventor te doen, klik op die keuselys Lêer en hou dit oor Uitvoer. Kies CAD -formaat in die pop -up -kolom. Met die Windows File Explorer -kieslys kan u 'n.stl -lêer in die keuselys kies en 'n plek vir die lêer kies.

Sodra die lêer gereed is om in die 3D -drukker se sagteware ingevoer te word, kan u die drukopsies na u smaak opstel of ons opset volg. 3D -drukkersagteware wissel van merk tot handelsmerk, raadpleeg aanlyngidse of die handleiding om deur hul sagteware te navigeer. Vir ons hand het ons die LulzBot Mini gebruik vanweë die beskikbaarheid daarvan in ons klasomgewing.

Stap 3: Montering

Sodra alle dele suksesvol in 3D afgedruk is met vlotte en ondersteuners verwyder (indien van toepassing), moet elke onderdeel voorberei word om te begin monteer.

Aangesien 3D -drukkers nie baie presies is nie en klein onvolmaakthede kan voorkom, gebruik 'n lêer of skuurpapier of 'n dremel met 'n skuurstuk om sekere vlakke glad te maak. Vir die gladste gewrigsoperasie, fokus op gewrigte en snypunte om glad te word vir optimale verbindings. Soms kan die snaartunnels in vingersegmente en ander dele inhol of onvolmaak wees. Om groot afwykings te bekamp, gebruik 'n boor met 'n 3/16in boor om die tonnels uit te boor.

Vir die maklikste snaarroetering, monteer elke vinger, lei die tou deur die tonnels en bind die tou aan die ente. Voordat u elke vinger met die handpalm saamvoeg, moet u die tou deur die geleide lusse, een deur die boonste gaatjie en een deur die onderkant, op die handpalm voer en dit aan die teenoorgestelde ente van die servo's insluit. Sodra die lengtes korrek is, verbind die vingers met die palm.

Soos in die prent hierbo getoon, steek m4x16 skroewe in elke gewrig om die vinger bymekaar te hou. Herhaal elke vingerbouproses vir alle vingers, gebruik die pinkiesegmente vir die pinkie.

Stap 4: Arduino -stroombaan

Met die skelet alles saamgestel, moet die spiere en brein nou geïntegreer word. Om alle servo's tegelyk te gebruik, moet ons 'n PCA 9685 -motorbeheerder van Adafruit gebruik. Hierdie beheerder benodig 'n eksterne kragtoevoer om die servo's aan te dryf. Die gebruik van hierdie beheerder en sy eie koderingsbiblioteek kan hier gevind word.

As u die Arduino aan die kontroleerder koppel, moet u die penuitsette opneem. As u 'n Arduino Mega gebruik, is dit nie nodig nie. Sorg egter in alle gevalle dat u op watter poorte op die motorbeheerder die servo's gemonteer is.

Om die servo's en hande met 'n IR -afstandsbediening te beheer, voeg eenvoudig die IR -ontvanger by en koppel krag en grond aan op die Arduino met die datakabel na die digitale poorte. Kontroleer die aansluiting van u IR -ontvanger om seker te maak dat die bedrading korrek is. 'N Voorbeeld van ons stroombaan word getoon.

Om hierdie stroombaan te skep, koppel eers elke servo aan op poort 3, 7, 11, 13 en 15 op die servomotorbeheerbord. Heg die hele bord met die vyf penne aan die onderkant aan 'n broodbord.

Koppel die 5du -krag en die grond van die Arduino met behulp van springkabels aan een kragrail van die broodbord (maak seker dat u 'n etiket of onthou watter kant 5V van Arduino het!). Dit sal die IR -sensor en die motorbeheerder aan die gang sit. Koppel 'n 6V -kragkrag aan die ander kragrail. Dit sal die servo's dryf.

Plaas al drie penne van die IR -sensor in die broodbord. Sluit die krag en grond aan op die 5V -spoor en die uitset op die digitale pen 7.

Aangesien ons 'n Arduino Mega gebruik, word poorte SDA en SCL op die motorbeheerder met die SDA- en SCL -poorte op die Arduino bedraad. Die VCC- en grondpoort sal aansluit by die 5V -spoor.

Terwyl die battery aan die eie kragrail gekoppel is, gebruik jumperkabels en 'n klein skroewedraaier om die krag aan die servomotors vas te maak deur middel van die groen kragkop.

Maak seker dat alle verbindings styf is en kontroleer alle kabellyne weer met ons TinkerCAD -stroombaan.

Stap 5: Kodering

Die laaste stap voordat hierdie hand in gebruik geneem kan word, is om die Arduino te kodeer. Aangesien hierdie hand die motorbestuurder PCA 9685 gebruik, moet ons eers die biblioteek installeer, wat in die Arduino -koderingsomgewing gedoen kan word. Na die installering, installeer ook die IRremote -biblioteek vir IR -afstandsfunksies.

In ons kode word die definisies van elke knoppie op die IR -afstandsbediening getoon met 8 -syferkodes. Dit is gevind met behulp van die IRRecord -program, wat die 8 -syfer -kode van elke knoppie na Serial Monitor afdruk.

Aangeheg is beide die IRRecord -program en die afgehandelde handbeheerprogram.

Sluit biblioteke IRremote, Wire en Adafruit_PWMServoDriver aan die begin van die kode in.

Gebruik daarna die bevindinge van IRRecord om elke knoppie van die IR -afstandsbediening te definieer. Alhoewel alles nie nodig is nie (slegs 10 is nodig), is dit vir almal moontlik om vinnig uit te brei (funksies by te voeg en vooraf ingestelde gebare) vir die toekoms. Skep die pwm met behulp van die servo bestuurder funksie en ken die servo's toe aan penne op die motor kontroleerder. Gebruik dieselfde waardes van SERVOMAX/MIN as getoon. Ken die digitale invoerpen van die IR -sensor as 7 toe en initialiseer.

Verklaar die opstelfunksie met inisialiseer Serial met baud rate van 9600. Aktiveer die IR sensor en begin die servo met servofrekwensie van 60hz.

Maak uiteindelik 'n if/else -skakelaar gebaseer op die inkomende transmissie van die IR -afstandsbediening in die lusfunksie, en skep dan 'n skakelaar/kas met gevalle van elke knoppie op die IR -afstandsbediening wat gebruik sal word. Dit kan verander word vir u voorkeurkontroles. Druk vir elke geval die knoppie wat op die seriële monitor gedruk is vir ontfouting, en gebruik 'n lus om die servo te skuif. Nadat alle gevalle gemaak is, moet u die IR -sensor hervat vir meer inkomende seine voordat u die lusfunksie sluit. Die kodering van die servo's via die motorbestuurderbord kan gevind word op