Giv mig fem! - en robothånd: 5 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

En dag i vores Principles of Engineering -klasse satte vi os for at konstruere sammensatte maskiner ud af VEX -dele. Da vi begyndte at opbygge mekanismerne, kæmpede vi med at styre flere komplekse komponenter, der skulle samles. Hvis bare nogen kunne give os en hånd …

Derfor besluttede vi, tre Irvington High School -elever i fru Berbawys klasse, at designe og bygge en robothånd fra bunden! Med et økonomisk skøn på $ 150 for denne S. I. D. E. Projekt, vi var i stand til at erhverve alt det nødvendige materiale, mens vi stadig var godt under budgettet. Det færdige produkt består af en Arduino Mega, en servomikrokontroller, der driver 5 servoer, som hver er forbundet til en 3D-printet finger, der er i stand til at bevæge sig individuelt med realistiske led.

Dette var et meget ambitiøst projekt, da alle teammedlemmer er gymnasieelever med travle juniorårsprogrammer og ikke har nogen forudgående erfaring med fuldstændigt at designe et elektronikbaseret projekt fra bunden. Selvom vores teammedlemmer har tidligere computerstøttet design og programmeringserfaring, åbnede projektet vores øjne for den potentielle udnyttelse af Arduino hardware og software på en måde, der kunne hjælpe folk med at udføre deres daglige opgaver.

3D -modellering og design af Patrick Ding

Dokumentation og Arduino -kodning af Ashwin Natampalli

Arduino kodning, kredsløb og instruerbar af Sandesh Shrestha

Trin 1: CADing

Det første og vanskeligste trin til dette projekt er at oprette 3D -modeller af hånden med fingre. For at gøre dette skal du bruge Autodesk Inventor eller Autodesk Fusion 360 (Vi brugte den tidligere).

Brug delfiler til at oprette individuelle CAD'er til håndfladen, fingersegmenterne, fingerspidserne og pinky -fingersegmentet. Dette tog os 2-3 revisioner pr. Del for at betjeningen af led og servoer skulle være glat.

Designet kan have den ønskede størrelse og form, så længe snorens vej tillader glat fingerbetjening, og fingre ikke støder sammen. Sørg også for at fingrene er i stand til at falde helt sammen for en lukket knytnæve.

For at løse problemet med strenginterferenser og ineffektive veje, som vi fandt i vores første version, blev der tilføjet sløjfer, strengguider og tunneler, så strengen let kan trækkes og løsnes.

Her er vores afsluttede multivisninger og.stl CAD -filer for hver del.

Trin 2: 3D -udskrivning

Efter at have fuldført CAD'erne, skal du bruge en 3D -printer til at få dem til at blive levende. Dette trin kan gentages flere gange, hvis det design, du opretter, har nogle problemer.

For 3D -print, eksporter først CAD -filerne som STL -filer. For at gøre dette i Autodesk Inventor skal du klikke på rullemenuen Filer og holde markøren over Eksport. Vælg CAD -format i popout -kolonnen. Windows Stifinder -menuen giver dig mulighed for at vælge.stl -fil fra rullemenuen og vælge en placering for filen.

Når filen er klar til at blive importeret til 3D -printers software, skal du konfigurere udskrivningsmulighederne efter din smag eller følge vores konfiguration. 3D -printersoftware varierer fra mærke til mærke, så konsulter onlineguider eller manualen for at navigere i deres software. For vores hånd brugte vi LulzBot Mini på grund af dets tilgængelighed i vores klasseindstillinger.

Trin 3: Montering

Når alle dele er 3D -printet med succes med tømmerflåder og understøtninger fjernet (hvis det er relevant), skal hver del være klar til at begynde at samle.

Da 3D -printere ikke er særlig præcise, og små ufuldkommenheder kan forekomme, skal du bruge en fil eller sandpapir eller en dremel med en slibemaskine til at udjævne visse ansigter. For den jævneste leddoperation skal du fokusere på led og skæringspunkter for at udglatte for optimale forbindelser. Nogle gange kan strengtunnelerne i fingersegmenter og andre dele hule ind eller være ufuldkomne. For at bekæmpe store uoverensstemmelser skal du bruge en boremaskine med en 3/16in -bor til at bore tunnellerne.

For den nemmeste strengfræsning samles hver finger, før strengen gennem tunnellerne og bind snoren i enderne. Inden du fletter hver finger til håndfladen, skal du føre snoren gennem styresløjferne, en gennem det øverste hul og en gennem bunden, på håndfladen og fastgøre den til modsatte ender af servoens medfølgende spoler. Når længderne er korrekte, sættes fingrene sammen med håndfladen.

Som vist på billedet ovenfor skal du sætte m4x16 skruer i hver led for at holde fingeren sammen. Gentag hver fingeropbygningsproces for alle fingre ved hjælp af de lyserøde segmenter til pinky.

Trin 4: Arduino -kredsløb

Med skelettet samlet, skal muskler og hjerne nu integreres. For at køre alle servoer på én gang skal vi bruge en PCA 9685 motorstyring fra Adafruit. Denne controller kræver en ekstern strømforsyning for at drive servoerne. Brug af denne controller og dens proprietære kodningsbibliotek findes her.

Når du tilslutter Arduino til controlleren, skal du sørge for at registrere stiftudgange. Hvis du bruger en Arduino Mega, er dette ikke nødvendigt. I alle tilfælde skal du dog sørge for at registrere, hvilke porte på motorstyringen servoerne er monteret på.

For at styre servoer og hånd ved hjælp af en IR -fjernbetjening skal du blot tilføje IR -modtageren og tilslutte strøm og jord til Arduino med datakablet til de digitale porte. Kontroller pinout på din IR -modtager for at sikre den korrekte ledning. Et eksempel på vores kredsløb er vist.

For at oprette dette kredsløb skal du først tilslutte hver servo til port 3, 7, 11, 13 og 15 på servomotorens styrekort. Fastgør hele brættet med de fem ben på bunden til et brødbræt.

Brug jumperkabler til at slutte Arduinos 5V strøm og jord til en power rail på brødbrættet (Sørg for at mærke eller huske hvilken side der har 5V fra Arduino!). Dette vil drive IR -sensoren og motorstyringen. Tilslut en 6V power pack til den anden power rail. Dette vil drive servoerne.

Placer alle 3 ben på IR -sensoren i brødbrættet. Tilslut strøm og jord til 5V -skinnen og udgangen til digital pin 7.

Da vi bruger en Arduino Mega, vil portene SDA og SCL på motorstyringen være forbundet med SDA- og SCL -portene på Arduino. VCC og jordporte forbindes til 5V skinnen.

Med batteripakken tilsluttet sin egen strømskinne, skal du bruge jumperkabler og en lille flad skruetrækker til at sikre strømmen til servomotorerne via det grønne inputindgangsside.

Sørg for, at alle forbindelser er tætte, og kontroller alle kabelledninger igen med vores TinkerCAD -kredsløb tilsluttet.

Trin 5: Kodning

Det sidste trin, før denne hånd kan tages i brug til brug, er at kode Arduino. Da denne hånd bruger motorstyringen PCA 9685, skal vi først installere biblioteket, hvilket kan gøres inde i Arduino -kodningsmiljøet. Efter installationen skal du også installere IRremote -biblioteket til IR -fjernfunktion.

I vores kode vises definitionerne af hver knap på IR -fjernbetjeningen med 8 -cifrede koder. Disse blev fundet ved hjælp af IRRecord -programmet, der udskriver den 8 -cifrede kode på hver knap til Serial Monitor.

Vedlagt er både IRRecord -programmet og det afsluttede håndkontrolprogram.

I starten af koden skal du inkludere bibliotekerne IRremote, Wire og Adafruit_PWMServoDriver.

Brug derefter resultaterne fra IRRecord til at definere hver knap på IR -fjernbetjeningen. Selvom alle ikke er nødvendige (kun 10 er nødvendige), har alt mulighed for hurtig ekspansion (tilføjelse af funktioner og forudindstillede bevægelser) for fremtiden. Opret pwm ved hjælp af servodriverfunktionen, og tildel servoerne til stifter på motorstyringen. Brug de samme værdier for SERVOMAX/MIN som vist. Tildel den digitale indgangsstift til IR -sensoren som 7, og initialiser.

Angiv opsætningsfunktionen med initialiseringsserien med baudhastighed på 9600. Aktiver IR -sensoren, og start servoen med servofrekvens på 60hz.

Til sidst skal du oprette en if/else -switch baseret på den indgående transmission af IR -fjernbetjeningen i loop -funktionen. Opret derefter en switch/case med tilfælde af hver knap på IR -fjernbetjeningen, der skal bruges. Disse kan ændres for dine foretrukne kontroller. For hvert tilfælde skal du udskrive knappen, der trykkes på den serielle skærm til fejlfinding, og bruge en for loop til at flytte servoen. Når alle sager er oprettet, skal du sørge for at genoptage IR -sensoren for flere indgående signaler, før loopfunktionen lukkes. Kodning af servoerne via motorens styrekort findes på