Rękawica z czujnikiem Flex: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

To zabawny projekt, który można dostosować do sterowania wszystkim, od ramion robotycznych po interfejsy rzeczywistości wirtualnej.

Krok 1: Materiały i części

Dla rękawicy:

• Tania rękawica ogrodnicza
• Lilypad Arduino
• Uchwyt baterii Lilypad
• Przewodząca nić do szycia
• Normalna nić do szycia
• Velostat
• Taśma klejąca
• Super klej
• Elastyczny
• Pięć rezystorów 4,7Kohm

Na ramię:

• Pięć serw SG90
• Przewód elektryczny
• Włókno PLA lub ABS
• Ninjaflex (lub inny elastyczny filament)
• Żyłka wędkarska
• Zasilanie 5V
• Mała płytka do krojenia chleba (opcjonalna, ale przydatna do równoległego okablowania serw)

Uwaga: jeśli nie masz elastycznego filamentu do druku 3D, możesz użyć innego ramienia robota niż Flexy Hand

Krok 2: Wykonanie czujników Flex

Użyty przeze mnie materiał, velostat, jest materiałem piezorezystancyjnym. Oznacza to, że jest wrażliwy na nacisk, a kiedy go naciskasz, zginasz lub odkształcasz, opór się zmienia. To właśnie tę właściwość wykorzystamy do pomiaru stopnia zgięcia każdego palca.

Zacznij od wycięcia 5 pasków velostatu, około 0,7 cm x 8 cm, dokładne wymiary nie mają znaczenia, ponieważ interesuje nas jakościowy odczyt oporu, a nie ilościowy.

Następnie umieść 2 długie kawałki taśmy klejącej na płaskiej powierzchni i odetnij dwa odcinki przewodzącej nici do szycia, powiedziałbym co najmniej 40cm, zawsze lepiej mieć nadmiar. Opcjonalnie nanieś niewielką kroplę super kleju na taśmę klejącą w pobliżu podstawy. Nie jest to wymagane, ale stwierdziłem, że zapobiega to przypadkowemu wyciągnięciu nici do szycia. Jeśli nie masz przewodzącej nici do szycia, może być możliwe użycie do tego kroku cienkiego drutu miedzianego, takiego jak drut, który znajduje się w kablach słuchawkowych (mówię "może", ponieważ nie testowałem tego pomysłu).

Połóż 2 odcinki nici do szycia na wierzchu taśmy klejącej wzdłuż środka, tak aby końcówka nici wystawała z końca taśmy klejącej. Ważne jest, aby przejść do prawie całej długości taśmy klejącej, ponieważ jeśli tego nie zrobisz, czujnik zgięcia zbierze odczyty tylko w pobliżu podstawy palca, a nie końcówki.

Połóż velostat na jednym kawałku nici do szycia tak, aby zakrywał jej koniec (nie chcesz, aby 2 kawałki nici do szycia się stykały). Następnie podnieś drugi kawałek taśmy klejącej na odsłoniętą stronę velostatu, mocno dociskając, aby usunąć pęcherzyki powietrza. U podstawy czujnika upewnij się, że 2 kawałki nici do szycia nie powodują zwarcia, aby temu zapobiec, pozwól im wyjść z taśmy klejącej po przeciwnych stronach (podobnie jak złącze w kształcie litery „Y”, patrz rysunek).

W razie potrzeby przytnij nadmiar taśmy klejącej. Na koniec super przyklej mały kawałek gumki na końcu czujnika. Powtórz to 5 razy, dostosowując rozmiar każdego czujnika, aby optymalnie dopasować palec.

Krok 3: Zrób rękawicę

Przedstawię przegląd kroków, które osobiście podjąłem, ale sposób, w jaki to zrobisz, będzie się różnić w zależności od przypadku, w dużej mierze w zależności od używanej rękawicy.

Jednym z kluczowych punktów, na które nie mogę wystarczająco podkreślić, jest to, że przewodząca nić do szycia NIE jest jak zwykły drut hobby, nie ma osłony izolacyjnej. Dodatkowo, ponieważ rękawica jest elastyczna i może sama się zginać, bardzo łatwo jest stworzyć zwarcie, co skutkuje zniszczeniem elementów i stopieniem dużych dziur w rękawicy.

Jeśli nie masz przewodzącej nici szwalniczej, możesz użyć normalnych przewodów i przylutować połączenia.

Zacząłem od podłączenia akumulatora do rękawicy i podłączenia 5V i GND do Arduino Lilypad. Nie przyszyj jeszcze Lilypad do końca, ponieważ będziemy musieli odgiąć go do tyłu i przyszyć pod nim (patrz zdjęcia powyżej).

Polecam również wyłożenie spodu płyty Lilypad taśmą elektryczną, aby zapobiec zwarciom.

Następnie przylutuj końce pięciu rezystorów 4,7Kohm w małe pętle (może być konieczne dostosowanie wartości rezystancji w oparciu o długość i szerokość pasków velostatu). Opcjonalnie: użyj gorącego kleju, aby przymocować je do rękawicy, trudniej jest je przyszyć, jeśli nie są początkowo utrzymywane w miejscu.

Zapoznaj się dokładnie z powyższymi zdjęciami i schematem obwodu przed kontynuowaniem, ważne jest, aby przed rozpoczęciem pracy wytyczyć trasę dla nici do szycia, w przeciwnym razie "przyszyjesz się w kącie".

Osobiście zacząłem szyć od GND na akumulatorze do 5 rezystorów, a następnie od każdego rezystora z osobna do pinów A0 przez A4 wchodząc pod płytkę Lilypad, którą wcześniej okleiliśmy taśmą izolacyjną. Następnie przykleiłem końcówkę pierwszego czujnika flexu do kciuka z jednym końcem nici do 5V a drugim końcem do A0. Powtórz to dla każdego palca, ale zamiast za każdym razem przechodzić bezpośrednio do 5V (i tworzyć labirynt ściegów) po prostu przyszyj do poprzedniego czujnika zgięcia.

Aby upewnić się, że każdy z czujników zginania pozostaje naprężony podczas poruszania palcami, zszyj gumkę, którą przymocowaliśmy do czujnika zgięcia w ostatnim kroku do opuszków palców rękawicy. Opcjonalnie zszyj kilka pętli wokół czujnika zgięcia, aby zapewnić, że pozostaną na swoim miejscu podczas poruszania ręką.

Na koniec przylutuj 5 przewodów do cyfrowych pinów od 5 do 9, będą one później używane do wskazania serwom, gdzie mają się udać.

Krok 4: Zbuduj ramię

Wydrukowałem w 3D pliki ramion udostępnione przez użytkownika Gyrobot na Thingiverse. Znajdziesz je tutaj.

Jeśli chcesz, możesz również wydrukować przedramię w 3D, ale ze względu na ograniczenia filamentów zrobiłem papierowy model własnego przedramienia. Użyłem pięciu serw SG90 trzymanych w drukowanej ramce 3D, połączonych z każdym palcem za pomocą żyłki. Podłącz wszystkie połączenia GND i Vin równolegle do zewnętrznego źródła zasilania, takiego jak transformator ścienny 5 V AC-DC.

Podłącz styki wejściowe serwa (zwykle pomarańczowe przewody zgodnie z konwencją) do odpowiednich styków cyfrowych na rękawicy.

Krok 5: Prześlij kod

Jeśli nie masz kabla FTDI, musisz zaprogramować Lilypad za pomocą Arduino Uno. Kroki w tym celu są opisane w tej instrukcji. Upewnij się, że wybrałeś właściwy typ płytki Arduino, aby go zmienić, przejdź do Narzędzia / Tablica / Lilypad Arduino.

Postępując zgodnie z powyższymi instrukcjami, najpierw załaduj kod kalibracji.

Skopiuj dane wyjściowe z kodu kalibracji do wiersza 31 tego kodu, a następnie prześlij je.

Krok 6: Skomentuj szybkość transmisji

Miałem dość frustrujący błąd z szybkością transmisji (czyli szybkością, z jaką dane są przesyłane przez port szeregowy), która jest dwa razy większa niż zaprogramowałem. Zobacz mój film na YouTube około 2:54, aby zobaczyć demonstrację problemu. Niestety uniemożliwiło mi to realizację mojego początkowego planu, który zakładał użycie bluetooth i bezprzewodową komunikację między rękawicą a ręką robota.

Nie byłem w stanie rozwiązać problemu z szybkością transmisji, ale moim zdaniem istnieje rozbieżność między sprzętem programowym, który uważa, że oscylator na płycie ma wartość 8 MHz lub 16 MHz. Może to być spowodowane tym, że kupiłem tanią płytę do klonowania, a nie oficjalny produkt. Jeśli używasz prawdziwego produktu, możesz nie mieć tego problemu. Niemniej jednak to tylko moje własne spekulacje i jeśli ktoś zna prawdziwy powód, daj mi znać w komentarzach poniżej.

Jako tymczasowe poprawki znalazłem 2 sposoby obejścia tego:

• Podwój szybkość transmisji za pomocą przycisku w lewym dolnym rogu monitora szeregowego. Na przykład, jeśli kod mówi Serial.begin(9600); zmień wyjście monitora szeregowego na 19200.
• Zamiast wybierać Arduino Lilypad jako swoją tablicę, wybierz Arduino Pro jako tablicę. Aby to zrobić w Arduino IDE przejdź: Tools/Board/Arduino Pro lub Pro Mini, a następnie wgraj.

Krok 7: Zakończenie

Mam nadzieję, że znalazłeś tę pouczającą informację, jeśli masz jakieś pytania lub sugestie, zostaw je w komentarzu poniżej.

III nagroda w konkursie Make It Move 2017