自制遥控机械臂的教程

科技观察员 2022-09-19 4125

描述

　　一种机械臂，可通过带有传感器的手套无线模拟您的手部运动。

　　它由带有柔性传感器的手套控制的人造手组成。人工手通过控制手套无线再现手的动作。手和手套都适用于 Arduino。

　　第 1 步：所需材料

　　控制手套的材料：

　　•弹性手套；

　　• LilyPad Arduino板（有不同的版本，通常只有 4 个模拟输入，所以请注意并购买图片中的那个）：它的工作原理与经典的 Arduino UNO 完全一样，或者您甚至可以直接使用 Arduino Nano；

　　• XBee 模块：用于无线电通信；

　　•屏蔽连接Xbee模块；

　　• 5 个弯曲传感器；

　　• 5 个电阻器：47 KΩ ；

　　•带3x1.5 V电池的电池组（Lilypad 可以从2.7 到5.5 V 供电，所以4.5 V 就可以了）；

　　• LilyPad FTDI 适配器：将 LilyPad 板连接到 PC 并使用 Arduino IDE 加载程序（非常可选，因为您也可以使用 Arduino UNO 板移除 ATmega 芯片，但每次都进行这种连接很棘手）。

　　机械臂的材料：

　　•手掌为钢结构，手指为木结构；

　　• Arduino UNO板；

　　• XBee 模块；

　　• 5 个伺服电机5V 供电（我使用 TowerPro SG90）；

　　• Arduino UNO 的伺服电机护罩：连接伺服电机我使用了FuturaElettronica的 Robot_Shield，它还有一个开关稳压器为整个电路供电，但您可以使用任何用于控制伺服电机的护罩。链接：https://store.open-electronics.org/index.php？_rou.。. ；

　　•连接XBee模块的屏蔽（我做了一个可怕的，但它很经济，我需要做一个小因为Robot_Shield 的大小）；

　　•钓鱼线；

　　•（可选）钓鱼坠子，用于固定钓鱼线，也可以简单地打一个结；

　　• 9 伏电池。

　　- 所需工具：

　　•角磨机（主要用于切割木材和钢材）；

　　•轴向磨床；

　　•焊机（带电极）；

　　•钻孔；

　　•焊台和焊锡；

　　• 电工剪刀；

　　•钳子；

　　•热缩管。

　　第2步：制作手套

　　为了制作控制手套，我建议首先选择不同组件的正确位置，然后用适当长度的电线连接所有东西。

　　要使用 Arduino LilyPad 进行模拟读取，您需要制作一个分压器，因为柔性传感器不像电位器那样工作（它们只有 2 个触点）。

　　所以按照方案，首先将 5 个电阻焊接在 LilyPad 板上，一侧连接到 5 个不同的模拟引脚，另一侧共同接地。然后焊接柔性传感器，一侧连接到 5 个不同的模拟引脚，另一侧连接到正极。

　　然后连接 XBee Shield：两根线用于电源，另外两根用于信号。将 Tx 引脚焊接到 Rx，反之亦然。

　　现在你需要电池组和手套了。

　　注意：不要为 Arduino LilyPad 供电超过 5.5 V，也不要反过来供电

　　第 3 步：制作机械臂

　　这是最复杂的部分，因为您必须选择合适的材料来制作手部，但如果您有可能 3D 打印手部，这也很容易（网上有许多不同的 3D 项目用于打印手部部件）。

　　我开始用软木制作手指，为动作找到合适的结构，然后用树枝制作。

　　因此，每根手指制作三个木制圆柱体，其中两个比你的指骨的正常长度长 1 厘米，需要将一个部件放入另一个部件中。

　　然后用角磨机制作凹槽以使零件装配在一起（参见图片，您会更好地理解）。

　　你需要一些砂纸使碎片弯曲，以便它们可以旋转。

　　用钻头为铰链打孔，然后你必须为钓鱼线打另外两个孔，垂直方向，一个朝向手内侧，一个向外。因此，当电线设置在手指的顶部时，向内拉时手指会闭合，向外拉时手指会打开。

　　但我后面发现手掌是有问题的，因为我最初是用木头做的，而较薄的部分总是会断裂。所以我决定用钢制造它，这一次我没有遇到任何问题。

　　剪下它并做一些类似于手指的突起，将它们固定在手掌上（参见图片作为参考）。然后用钻头为钓鱼线制作其他孔，拇指会很棘手，因为它不像其他手指那样垂直。

　　动手后，您需要为五个伺服电机和 Arduino UNO 板做一个支撑。一定要选择舵机的正确位置，这样它们在旋转时不会相互接触。

　　最后一部分是将手指连接到伺服电机：将钓鱼线固定在手指顶部并使其穿过孔；然后，当电线位于手的底部时，以最大旋转（180°）转动转子（手动，不通电），使其处于垂直位置，然后将闭合手指的电线设置到最低转子的孔，例如打结；再次将转子旋转 0°（它再次垂直，之前打的结在顶部），然后将另一根线（打开手指）设置到转子的最低孔。按照此步骤中的最后一张图片更好地理解。

　　因此，当电机处于 0°（垂直）时，手指打开，而当转子处于 180°（再次垂直）时，手指关闭。

　　第 4 步：机械臂的电路

　　对于电路，您可以选择使用带有 XBee 护罩的 Arduino UNO 伺服电机护罩，或者使用 XBee 模块和引脚制作定制护罩用于伺服电机，并通过其插孔端口为 Arduino UNO 供电。

　　我制作的 DIY XBee Shield 使用 12 KOhm 电阻和 22 KOhm 电阻，您可以在图片中看到接线。

　　所以我使用了我之前已经购买的东西，但是你可以使用任何让你控制伺服电机和 XBee 的东西。

　　伺服电机有 3 根电线：

　　黄色：信号（连接到数字引脚）；

　　红色：电源（+5 V）；

　　棕色：接地（GND）。

　　我使用了最简单的伺服电机，工作电压为 5 V，旋转角度为 180 度（这是完美的角度，我们不需要更多）。

　　电脑的USB接口无法提供足够的电源来控制5个伺服电机，所以我建议使用12V电源测试一切，然后使用9V电池（碱性电池为佳）。

　　第 5 步：程序

记住：要加载程序，您必须删除连接到 Arduino 的 TX 和 RX 引脚的所有东西（在本例中是 XBee 模块），否则程序将无法加载。还要记住在 IDE（LilyPad 或 Arduino UNO）中设置正确类型的 Arduino。

两个代码的链接：

https://codebender.cc/sketch:59559

https://codebender.cc/sketch:55013

试试这个代码来测试手套上的弹性传感器：https ://codebender.cc/sketch:56264

这是为了测试 Lilypad 和 Arduino Uno 之间的连接：https ://codebender.cc/sketch:55014

Untitled file：

/*
Flex Glove

Created by Santin Gabriele, 2014
I.T.S.T. "J. F. Kennedy", cl. 5^A EA
Thanks to Elias De Lamper for suggestions to improve this program!
*/

int ResThumb = A4; // Variables of the analog read form the flex sensors connected to the analog pins of Arduino LilyPad
int ResIndex = A3;
int ResMiddle = A2;
int ResAnnular = A1;
int ResPinky = A0;

int OpenedThumb =0; // Variables of the values when the hand is completely opened
int OpenedIndex =0; // This is needed for a continuous calibration
int OpenedMiddle =0;
int OpenedAnnular =0;
int OpenedPinky =0;

int ClosedThumb; // Variables of the values when the hand is completely closed
int ClosedIndex; // We can't set it to zero since that the minimum value reached
int ClosedMiddle; // in the analog read never reach zero. We'll assign the value of
int ClosedAnnular; // a first analog read, then the program in the loop will
int ClosedPinky; // automatically assing lower values

int thumb =0; // Variables of the values to send
int index =0;
int middle =0;
int annular =0;
int pinky =0;

void setup()
{
Serial.begin(9600); // Activating serial communication, XBee Series 1 are pre-programmed at 9600 baud/s

pinMode(ResThumb, INPUT); // The variables of the sensor are set as input
pinMode(ResIndex, INPUT);
pinMode(ResMiddle, INPUT);
pinMode(ResAnnular, INPUT);
pinMode(ResPinky, INPUT);

ClosedThumb = analogRead(ResThumb);
ClosedIndex = analogRead(ResIndex);
ClosedMiddle = analogRead(ResMiddle);
ClosedAnnular = analogRead(ResAnnular);
ClosedPinky = analogRead(ResPinky);
}

void loop()
{
thumb = analogRead(ResThumb);
index = analogRead(ResIndex);
middle = analogRead(ResMiddle);
annular = analogRead(ResAnnular);
pinky = analogRead(ResPinky);

if(thumb > OpenedThumb) // Calibration reading and setting the maximum values. This needs you to completely open your hand a few times
OpenedThumb = thumb;
if(index > OpenedIndex)
OpenedIndex = index;
if(middle > OpenedMiddle)
OpenedMiddle = middle;
if(annular > OpenedAnnular)
OpenedAnnular = annular;
if(pinky > OpenedPinky)
OpenedPinky = pinky;

if(thumb < ClosedThumb) // Calibration reading and setting the minimum values. This needs you to completely close your hand a few times
ClosedThumb = thumb;
if(index < ClosedIndex)
ClosedIndex = index;
if(middle < ClosedMiddle)
ClosedMiddle = middle;
if(annular < ClosedAnnular)
ClosedAnnular = annular;
if(pinky < ClosedPinky)
ClosedPinky = pinky;

thumb = map(thumb ,ClosedThumb ,OpenedThumb ,0,180); // The analog read has to be readapted in values between 0 and 180 to be used by the servomotors.
index = map(index ,ClosedIndex ,OpenedIndex ,0,180); // The minimum and maximum values from the calibrations are used to correctly set the analog reads.
middle = map(middle ,ClosedMiddle ,OpenedMiddle ,0,180);
annular = map(annular,ClosedAnnular,OpenedAnnular,0,180);
pinky = map(pinky ,ClosedPinky ,OpenedPinky ,0,180);

Serial.write("<"); // This character represent the beginning of the package of the five values
Serial.write(thumb); // The values are sent via the Tx pin (the digital pin 1)
Serial.write(index);
Serial.write(middle);
Serial.write(annular);
Serial.write(pinky);

delay(30);
}

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