構(gòu)建一個(gè)手套控制機(jī)械手臂

用手套和 DIY 柔性傳感器的力量控制伺服電機(jī)手！

該項(xiàng)目使用預(yù)算項(xiàng)目和 DIY 零件來(lái)創(chuàng)建一個(gè)功能齊全的機(jī)器人手，可以通過(guò)帶有柔性傳感器的手套進(jìn)行控制。這是一個(gè)介紹生物力學(xué)工程和設(shè)計(jì)世界的項(xiàng)目。從泡沫和繩子的基本構(gòu)建塊開(kāi)始，您將探索物理力學(xué)如何與電子部件相結(jié)合，形成一個(gè)引人注目的項(xiàng)目。

設(shè)計(jì)

下圖是機(jī)械手和手套控制器如何工作的基本圖紙。這些圖片對(duì)最終產(chǎn)品并不準(zhǔn)確，但提供了項(xiàng)目背后機(jī)制的基礎(chǔ)和解釋。

手工

首先，用泡沫、彈簧、膠帶和繩子制作手指。每個(gè)手指由三個(gè)泡沫底座（兩個(gè)用于拇指）和一個(gè)嵌入其中心的彈簧組成。繩子被熱粘在頂部泡沫件上，并在泡沫件內(nèi)向下引導(dǎo)。最后，膠帶用于保護(hù)和覆蓋泡沫。我建議不要像我那樣使用絕緣泡沫，因?yàn)樗茈y切割。

從手指根部下方伸出一部分彈簧非常重要。起初我所有的手指都沒(méi)有這個(gè)，之后我將另一個(gè)彈簧焊接到底部以增加長(zhǎng)度。另一種方法是使用牙簽作為底座，但這樣您的手就無(wú)法在手掌上彎曲。

接下來(lái)構(gòu)建手掌和手臂底座。我沒(méi)有太多關(guān)于這個(gè)過(guò)程的文檔，但這比較簡(jiǎn)單。對(duì)于我的手，我雕刻了一個(gè)手掌狀的形狀來(lái)握住我所有的手指。在手掌頂部創(chuàng)建孔以固定手指手臂底座至少將 5 個(gè)伺服器和一個(gè) Arduino Uno 固定在一起。我的項(xiàng)目尺寸為 8x2.5x.5 英寸。確保琴弦能夠從底座上拉出。使用手掌上的訂書(shū)釘作為支架將琴弦引導(dǎo)至伺服電機(jī)。創(chuàng)建凹痕并粘合伺服電機(jī)。

將琴弦穿過(guò)伺服電機(jī)臂，并在拉緊時(shí)將其熱粘。將 Arduino Uno 安裝到手臂底部，并將面包板連接到背面。用橡皮筋/束線(xiàn)帶整理電線(xiàn)，并將所有伺服電機(jī)連接到面包板上的電源導(dǎo)軌。最后，將伺服電機(jī)上的信號(hào)線(xiàn)連接到 Arduino 板上的數(shù)字引腳。使用 4AA 電池組僅為伺服電機(jī)供電。手的接線(xiàn)和構(gòu)造現(xiàn)在已經(jīng)完成?，F(xiàn)在可以對(duì) Arduino Uno 進(jìn)行編程以控制伺服電機(jī)。

手套結(jié)構(gòu)

手套控制器最重要的部分是彎曲傳感器。與其花 100 美元購(gòu)買(mǎi) 5 個(gè)傳感器，不如自己動(dòng)手做。這是需要使用紙和鉛筆、柔性塑料和膠帶的地方。

接下來(lái)，將傳感器粘在備用手套上。

保持井井有條的布線(xiàn)很重要，因?yàn)橛泻芏嗵€(xiàn)。至少有 10 根電線(xiàn)需要連接到面包板上。將電線(xiàn)扭在一起，以防止它們到處蔓延。根據(jù)下圖連接柔性傳感器。我使用了 5 個(gè) 10kOhm 電阻器，但也可以使用其他選項(xiàng)。請(qǐng)注意，此電源軌直接從 Arduino 引腳接收電源，而不是 6V 電池組。

編碼

在提供的編碼部分，重要的是要意識(shí)到參數(shù)會(huì)因每個(gè)柔性傳感器和伺服電機(jī)而異。為了清楚地組織值，我包含了 flexTest（） 函數(shù)來(lái)測(cè)試 flex 傳感器的值。

對(duì)于伺服電機(jī)參數(shù)，我用伺服電機(jī)測(cè)試了每個(gè)手指的完全彎曲并減少了旋轉(zhuǎn)量，以確保手指彼此不會(huì)過(guò)度重疊。

測(cè)試程序并根據(jù)需要更改參數(shù)，以便使用手套獲得最佳控制。到這一步，項(xiàng)目就完成了！

結(jié)論

最終這個(gè)項(xiàng)目工作正常，但它沒(méi)有我想象中的那么精致，不過(guò)考慮到大部分都是手工制作的，也確實(shí)可以完成它的工作。3D 打印或購(gòu)買(mǎi)柔性傳感器等替代選項(xiàng)可能會(huì)改善體驗(yàn)，但如此一來(lái)成本會(huì)很高。

擴(kuò)展

該項(xiàng)目的擴(kuò)展可能包括使用 EMG 傳感器進(jìn)行肌肉控制。使手套控制器無(wú)線(xiàn)化是可能的。功能性手腕和肘部運(yùn)動(dòng)也將是一個(gè)挑戰(zhàn)。