Stemmestyret robothånd: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Denne instruktive forklarer, hvordan man bygger en stemmestyret robothånd ved hjælp af en Arduino Uno R3, et HC-06 Bluetooth-modul og fem trinmotorer. [1]

Bluetooth-stemmekommandoer sendes fra din Android-mobiltelefon til Arduino Uno R3-tolken, der styrer hånden.

MIT AppInventor 2 blev brugt til at skrive Android-appen, der udnytter kraften i Google-tale-til-tekst. [2]

Hånden, der er lavet af en længde på 20 mm x 3 mm aluminiumekstrudering og en trådbøjle, blev konstrueret til at teste nogle ideer. Konstruktionsteknikker og kode kan være af interesse for andre.

Funktioner inkluderer:

• Enkel at lave
• Individuelle fingerbevægelser
• Gruppefingerbevægelser
• Programmerbare håndformer til forskellige opgaver
• Letvægt
• Hver finger er kabelbetjent …
• Fungerer under vand, hvis det er nødvendigt (ingen motorer skal kortslutte)

Bortset fra din mobiltelefon er de anslåede omkostninger ved at bygge dette projekt mindre end $ 100

Billeder

Foto 1 viser den mekaniske hånd.

Foto 2 viser hånden fastgjort til motorenheden.

Foto 3 viser Bluetooth (mobiltelefon) stemmestyring

Foto 4 er et skærmbillede, der viser en typisk dialog

Videoen demonstrerer den stemmestyrede hånd i aktion

Noter

[1]

Steppemotorerne er fra tidligere projekter. Servomotorer bør fungere lige så godt med et par kodeændringer.

[2]

MIT AppInventor 2 er frit tilgængelig fra

VTT.apk -appen (stemme til tekst) og VTT.aia -koden til dette projekt er præsenteret i denne instruktive, hvis du ønsker at tilpasse den.

Trin 1: Deleliste

Følgende dele blev hentet fra

• 1 kun Arduino UNO R3 med USB -kabel
• 1 kun prototype PCB -brødbræt til Arduino UNO R3
• 1 kun HC-06 Bluetooth-modul
• 5 kun 17HS3430 Nema17 12 volt stepmotorer
• 5 kun Big Easy Driver v1.2 A4988 Stepper Motor Driver Boards
• 5 kun GT2 20 tand Aluminium Timing Remskiveboring 5mm Bredde 6mm med Skrue
• 5 kun GT2 tomgangsskiveboring 4 mm med leje til GT2 tandrem bredde 6 mm 20 tænder
• 5 kun GT2 Closed Loop Tandrem Gummi 6mm 160mm
• 1 kun pkt 120stk 10cm han til han + han til hun og hun til hun jumper wire Dupont kabel til Arduino diy kit

Følgende dele blev hentet lokalt:

• 1 kun længde 20 mm x 3 mm aluminium ekstrudering
• 1 kun 120 mm x 120 mm stykke skrotaluminium
• 1 kun 200 mm x 100 mm x 6 mm kompositplade (til forlængelse af hånd og håndled)
• 1 kun 500 mm x 500 mm x 6 mm kompositplade (til bundplade)
• 1 kun kort længde (ca. 520 mm) skrot 18 mm x 65 mm træ (til bundpladeben)
• 1 kun trådbeklædning (ca. 2,4 mm i diameter)
• 1 gardintråd kun i længde
• 1 kun gardinøje
• 1 kun rulle 30lb nylon fiskelinje
• 1 kun kort længde af hat-elastik
• 1 kun pkt kabelbindere
• 1 kun 1200 ohm 1/8 watt modstand
• 1 kun 2200 ohm 1/8 watt modstand
• 1 kun 1N5408 3 amp strøm diode
• 1 kun SPST -switch (enkeltpolet enkeltkast)
• 1 kun 2-polet printkortklemme
• 15 kun M3 x 9 mm gevindskårne nylonstand-offs
• 30 kun M3 x 5 mm bolte (til nylonstand-offs)
• 30 kun M3 x 10 mm bolte (til fingre og motorophæng)
• 2 kun M4 x 15 mm bolte (til håndledsforlængelse)
• 5 kun M4 x 30 mm bolte (til tomgangshjul)
• 17 kun M4 møtrikker (til tomgangsskiver)
• 12 kun træskruer (til bundpladeben)

Den anslåede pris for disse dele er mindre end $ 100

Trin 2: Kredsløbsdiagram

Kredsløbsdiagrammet for robothånden er vist på foto 1

Den matchende motor / Bluetooth -skjold er vist på foto 2

De store nemme drivere er vist på foto 3.

Big Easy Driver-motorstyringen understøtter daisy-chain-ledninger

Motor ledninger

Det kan være nødvendigt at vende de to midterledninger fra hver 17HS3430 Nema17 12 volt steppermotorer, da Big Easy Driver v1.2 A4988 stepper motor driver boards forventer, at ledningerne fra hver af spiralviklingerne er tilstødende.

For at opnå dette er det nødvendigt at skifte de to midterledninger fra hver motor (foto 4).

Standardfarvesekvensen for 17HS3430 -kablerne (til mine motorer) er rød, blå, grøn, sort. Farvesekvensen efter ændringen er rød, grøn, blå, sort.

Den røde, grønne vikling er forbundet til “A” -terminalerne på Big Easy Driver.

Den blå, sorte vikling er fastgjort til “B” -terminalerne på Big Easy Driver.

Store nemme drivergrænser

Strømgrænsen for hver af de store nemme drivere skal sættes til 400mA (milliampere).

For at opnå dette:

1. Sluk for strømmen [1]
2. Tag din Arduino ud
3. Tag hvert motorkabel ud
4. Drej hver af de nuværende grænsepotentiometre på A4988 Big Easy Driver Boards helt med uret
5. Anvend 12 volt til de store nemme drivere … du bør få en strømaflæsning mellem 90mA og 100mA. Dette er strømmen, der tegnes af LED'er.
6. Sluk for 12 volt forsyningen [1]
7. Tilslut "tommelfinger" -motoren, tilslut strøm, og juster forsyningsstrømmen til 490mA
8. Sluk for 12 volt forsyningen [1]
9. Tag tommelfingermotoren ud af stikkontakten.
10. Gentag trin 6, 7, 8, 9 for hver af de resterende motorer

Tilslut alle motorkabler til deres respektive controllere.

Den samlede forsyningsstrøm vil være lidt over 2 ampere, når der tilføres strøm

Bemærk

[1]

Tilslut eller træk ALDRIG en trinmotor med strømmen på. Det induktive "kick" (spændingspike) vil sandsynligvis beskadige controllerne.

Trin 3: Hånd… Koncept

Min første robothånd, beskrevet i https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, har mange små dele og bruger gaffatape til samlingerne.

Denne alternative hånd er mere robust, har færre dele og er lettere at lave.

Ovenstående fotos viser det grundlæggende koncept … hvis du fjerner centerbolten fra en strømaftager har "leddet" mindst 90 graders rotation [1]

Bemærk

[1]

Jeg havde til hensigt at bruge strømaftagerarmen i min aktuatorplotter https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo…, men opgav ideen, da der var for meget uønsket bevægelse på grund af det store antal led.

Trin 4: Hånd … Prototype

Ovenstående fotos viser, hvordan en "finger" kan skabes af en længde af aluminiumekstrudering og en trådbøjle.

Fugen har en glat virkning og er bemærkelsesværdig robust.

Møtrikker og bolte er ikke påkrævet … en loddeklat på hver trådende fastgør dem på plads.

Trin 5: Hånd … Konstruktion

Få værktøjer er nødvendige for at lave denne hånd … bare en hack-sav, et par øvelser og en fil.

Trin 1

• Træk en kontur af din hånd på papir. (foto 1)
• Markér dine "kno-line" og hoved "finger-led"
• Ignorer dine fingerspidser … de bøjer normalt ikke så meget … en skråning er tilstrækkelig. Hvis der kræves en lille bøjning, kan den tilføjes senere.

Trin 2

• Skær fingerlængdesektioner fra aluminiumekstruderingen (foto 2)
• Bor fire huller i diameter på en bøjle … en i hvert hjørne af aluminiumekstruderingen. (foto 4)
• Bor et hul med en mindre diameter bag hvert af de første huller. Disse bruges til hatelastikken og nylon senerne. (foto 4)
• Klip trådlængder fra bøjlen og bøj hver ende 90 grader
• Kryds ledningerne, når du forbinder aluminiumssektionerne. Ledningerne indsættes fra modsatte sider.
• Fastgør ledningerne ved at påføre lodning på hver trådende. Bare rolig om loddetøjet klæber til aluminiumet … det gør det ikke.
• Fjern enhver loddemiddel fra leddene ved hjælp af mineralsk terpentin (eller lignende), og påfør derefter en dråbe symaskineolie. Fjern eventuel overskydende olie med et køkkenrulle.

Trin 3

• Fastgør hver finger til træhåndformen ved hjælp af "L" -formede aluminiumsbeslag fremstillet af et skrot af aluminiumsplader.
• Fil rygstopperne, så fingrene er lige, når de er helt udstrakte. (foto 4)

Trin 4

Fastgør tommelfingeren (foto 2). Tommelfingerbeslaget ser kompliceret ud, men er simpelthen et “L” -formet stykke plade-aluminium skåret i en vinkel. 90-graders bøjning skæres derefter og enderne sprøjtes ud

Trin 5

• Bind et stykke hat-elastik mellem de resterende øverste huller (foto 4).
• Juster spændingen, indtil fingrene lige strækker sig.

Trin 6

• Fastgør nylon sener (fiskesnøre) til de nederste fingerhuller.
• Gå forbi hver nylonsene, selvom huller med en diameter på 2 mm bores i et (buet) stykke træ. Disse huller fungerer som gardinøjne. (foto 2)

Trin 7:

Et gardinøje bruges til at ændre retningen af nylon tommelfinger-senen. Gardinøjet er skruet fast i et M3 gevindskåret nylonstand-off placeret på den anden side af hånden

Trin 6: Software … Android

Foto 1 viser MIT AppInventor 2 "Design" -skærmen til min VTT (Voice-To-Text) applikation.

Foto 2 viser “Blokke”, der bruges i denne applikation.

Billeder 3 og 4 er den lille-p.webp

Læser koden

• De to øverste venstre "blokke" forbinder din telefon til Arduino, når du trykker på knappen "Bluetooth".
• De to midterste "blokke" til venstre sender din stemmekommando til arduinoen, når du trykker på knappen "mikrofon". Teksten er oprettet ved hjælp af Google Speech_To_Text.
• Alle stemmekommandoer vises som tekst over ikonet "mikrofon".
• De nederste to venstre "blokke" overfører denne tekst til knappen "brugerdefineret", hvis du ønsker at gentage en kommando, når du tester.
• De nederste to højre blokke sender ordene "åben" og "tæt" til hånden. Jeg tænkte, at disse ville være nyttige, når de testede.
• De tre øverste højre "blokke" styrer timingen.

VTT.apk

Den vedhæftede VTT.apk -fil er den egentlige Android -telefonapplikation.

Sådan installeres VTT.apk:

• Kopier VTT.apk til din telefon (eller send den til dig selv som en vedhæftet fil)
• Skift dine telefonindstillinger, så tredjepartsapps kan installeres
• Download et apk -installationsprogram fra
• Kør installationsprogrammet.

VTT.aia

En alternativ metode til installation af koden er at:

• oprette en MIT AppInventor -konto
• Download og installer MIT AppInventor 2 fra
• Download og installer "MIT AI2 Companion" fra https://play.google.com/store til din telefon.
• Efterlign foto 1 på din "Design" -skærm
• Gentag blokkene vist på foto 2
• Kør "MIT AI2 Companion" på din telefon
• Klik på “Byg | App (angiv QR -kode til.apk)”
• Klik på QR -indstillingen på din telefon, når QR -koden vises
• Følg vejledningen.

Trin 7: Arduino -software

Installations instruktioner

Download den vedhæftede fil “VTT_voice_to_text_7.ino”

Kopier filindholdet til en ny Arduino -skitse og gem.

Upload skitsen til din Arduino.

Design noter

Det engelske sprog er ekstremt komplekst.

Ofte er der flere måder at sige det samme på. I de følgende eksempler har "hånd" og fingre "samme betydning:

• “Åbn din hånd” ……………………………………… refererer til din hånd
• “Åbn dine fingre” …………………………………… refererer til din hånd

Men søgeord kan også have forskellige betydninger:

• “Åbn dine fingre” ………………………………….. refererer til din hånd
• “Åbn din pegefinger og langfingre” ………… refererer til specifikke fingre

Meningsfulde kommandoer kræver mindst to søgeord. Følgende kommandoer resulterer ikke i en håndhandling, da de kun har ét søgeord:

• “Åben” …………………………………………………….. ét søgeord “åbent” [1]
• “Giv mig en hånd” ………………………………………. Ét søgeord “hånd”
• “Giv mig en skruenøgle” …………………………………. Ét søgeord “hånd”

For at fortolke disse kommandoer har jeg grupperet søgeord med lignende betydninger som følger:

• Flere fingre: "hånd", "fingre", "åben", "luk", "slip" [1]
• Specifikke fingre: "tommelfinger", "indeks", "midten", "ring", "lille"
• Åbn fingre: "åben", "hæv", "forlæng", "slip" [1]
• Luk fingre: "luk", "sænk" [1]
• Opgaver: "bær", "hold", "vælg", "demo", "kalibrer"

Hver søgeordsgruppe er knyttet til et "flag". For at fortolke naturlig tale udløses et flag eller en flaggruppe, når et søgeord detekteres. Taletolken behøver kun at se på flagkombinationerne for at finde ud af, hvilke handlinger der kræves.

Rekursion

Rekursion opstår, når en kommando kalder sig selv en eller flere gange.

Lad os antage, at nogle af dine fingre er forlænget, og nogle er lukkede. Lad os også antage, at du vil have tommelfingeren forlænget og fingrene lukket som når du bærer noget.

Metode 1

Følgende to stemmekommandoer opnår dette:

• "Åbn din hånd"
• “Luk din indeks mellemring og små fingre”

Metode 2

I stedet for at udstede to separate kommandoer kan du oprette en "carry ()" opgave:

Bær dette for mig

Denne kommando aktiverer funktionen "carry ()", som derefter udsender:

• proces ("åbn din hånd");
• proces ("luk din indeks mellemring og små fingre")

Denne rekursive handling gør det muligt at skabe komplekse håndformer.

Bemærk

[1]

For nemheds skyld har jeg programmeret tolken til at acceptere “åben”, lukning og “frigivelse” som enkeltordskommandoer.

Trin 8: Resumé

Denne instruktive viser, hvordan en robothånd kan konstrueres af en kort længde af aluminiumekstrudering og en trådbeklædning.

Hånden blev konstrueret til at teste nogle ideer. Ørepropper er fastgjort til fingerspidserne for at forbedre grebet.

Funktioner inkluderer:

• Enkel at lave
• Hver finger er kabelbetjent.
• Individuelle fingerbevægelser
• Gruppefingerbevægelser
• Programmerbare håndformer til forskellige opgaver
• Lavpris
• Letvægt
• Arbejder under vand, hvis det er nødvendigt (ingen motorer skal kortslutte)

Hver finger er kabelbetjent. Nylon fiskelinje bruges til senerne, der hver især føres gennem en længde af fleksibelt gardintråd.

Foto 2 i Intro -sektionen viser to kabler … den ene med 2 sener … den anden med tre. Dette er okay, hvis bøjningsradius er stor, ellers har fingrene en tendens til at klistre, når kablerne bøjes. Dette blev overvundet ved at bruge fem separate kabler i videoen

Mens nylon fiskelinje virker, har den en tendens til at strække sig. Rustfrit stål fiskespor ville være et bedre valg … Jeg har en rulle på bestilling.

Aktuatorerne er fremstillet af trinmotorer og endeløse remme. Senerne fastgøres til drivremmen ved hjælp af en kabelbinder.

Dette projekt skulle fungere lige så godt med servomotorer. Mindre kodeændringer vil være nødvendige, hvis du vælger at bruge servoer.

Bluetooth-stemmekommandoer sendes til din Arduino fra en Android-mobiltelefon-app.

Koden til mobiltelefonappen blev udviklet ved hjælp af MIT AppInventor 2 og er offentliggjort i denne instruks.

Arduino -stemmetolken er yderst pålidelig. Koden, der er inkluderet i denne instruks, kan være nyttig i andre projekter.

Bortset fra din mobiltelefon er de anslåede omkostninger ved at bygge dette projekt mindre end $ 100

Klik her for at se mine andre instruktioner.