Hlasom ovládaná ruka robota: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Tento návod vysvetľuje, ako vytvoriť hlasom ovládanú robotickú ruku pomocou Arduino Uno R3, modulu Bluetooth HC-06 a piatich krokových motorov. [1]

Hlasové príkazy Bluetooth sa odosielajú z vášho mobilného telefónu s Androidom do tlmočníka Arduino Uno R3, ktorý ovláda ruku.

MIT AppInventor 2 bol použitý na napísanie aplikácie pre Android, ktorá využíva silu technológie Google-Speech-To-Text. [2]

Ruka, ktorá je vyrobená z extrúzie hliníka s dĺžkou 20 mm x 3 mm a drôteného vešiaka na kabát, bola skonštruovaná tak, aby otestovala niektoré nápady. Konštrukčné techniky a kód môžu byť zaujímavé pre ostatných.

Medzi funkcie patrí:

• Jednoduché na výrobu
• Jednotlivé pohyby prstov
• Skupinové pohyby prstov
• Programovateľné tvary rúk pre rôzne úlohy
• Nízka hmotnosť
• Každý prst je ovládaný káblom…
• Ak je to potrebné, pracuje pod vodou (žiadne motory na skrat)

Odhliadnuc od vášho mobilného telefónu, odhadované náklady na výstavbu tohto projektu sú nižšie ako 100 dolárov

snímky

Fotografia 1 zobrazuje mechanickú ruku.

Na fotografii 2 je ruka pripevnená k zostave motora.

Na fotografii 3 je hlasový ovládač Bluetooth (mobilný telefón)

Fotografia 4 je snímka obrazovky zobrazujúca typický dialóg

Video ukazuje hlasom ovládanú ruku v akcii

Poznámky

[1]

Krokové motory pochádzajú z minulých projektov. Servomotory by mali fungovať rovnako dobre s niekoľkými zmenami kódu.

[2]

MIT AppInventor 2 je voľne dostupný z

Aplikácia VTT.apk (Voice To Text) a kód VTT.aia pre tento projekt sú uvedené v tomto návode, ak si ho želáte prispôsobiť.

Krok 1: Zoznam dielov

Nasledujúce diely boli získané z

• 1 iba Arduino UNO R3 s káblom USB
• 1 iba prototypová doska plošných spojov pre Arduino UNO R3
• 1 Iba modul Bluetooth HC-06
• 5 iba 17HS3430 Nema17 12 voltové krokové motory
• 5 Iba dosky Big Easy Driver v1.2 A4988 krokového motora
• 5 iba GT2 20 -zubová hliníková rozvodová remenica, vrtanie 5 mm, šírka 6 mm, so skrutkou
• 5 iba vŕtacia kladka GT2 napínacia kladka 4 mm s ložiskom pre rozvodový remeň GT2, šírka 6 mm, 20 zubov
• 5 iba GT2 ozubený remeň s uzavretou slučkou, 6 mm, 160 mm
• 1 iba pkt 120 ks 10 cm prepojovací kábel samec + samec + samec a samica a samica k samičke Dupont kábel pre stavebnicu Arduino

Nasledujúce časti boli získané lokálne:

• 1 iba hliníková extrúzia s dĺžkou 20 mm x 3 mm
• 1 iba 120 mm x 120 mm kus hliníkového šrotu
• 1 iba kompozičná doska 200 mm x 100 mm x 6 mm (na predĺženie ruky a zápästia)
• 1 iba skladacia doska 500 mm x 500 mm x 6 mm (pre základnú dosku)
• 1 šrot iba krátkej dĺžky (asi 520 mm) z dreva s rozmermi 18 mm x 65 mm (pre nohy základovej dosky)
• 1 iba drôtený vešiak (približne priemer 2,4 mm)
• 1 iba dlhý záclonový drôt
• 1 iba závesné oko
• 1 iba navijak 30lb nylonová rybárska šnúra
• 1 iba krátka dĺžka klobúka-elastická
• 1 iba káblové zväzky pkt
• 1 iba odpor 1200 ohmov 1/8 wattov
• 1 iba 2200 ohm 1/8 W odpor
• 1 iba 1N5408 dióda napájania 3 amp
• 1 iba prepínač SPST (jednopólový jedno vrh)
• 1 iba 2-pólová svorkovnica PCB
• 15 iba nylonových dištancií so závitom M3 x 9 mm
• 30 iba skrutiek M3 x 5 mm (pre nylonové vzpery)
• 30 iba skrutiek M3 x 10 mm (pre prsty a držiaky motora)
• 2 iba skrutky M4 x 15 mm (na predĺženie zápästia)
• 5 iba skrutiek M4 x 30 mm (pre napínacie kladky)
• 17 iba matíc M4 (pre napínacie kladky)
• 12 iba skrutiek do dreva (pre nohy základovej dosky)

Odhadované náklady na tieto diely sú nižšie ako 100 dolárov

Krok 2: Schéma zapojenia

Schéma zapojenia ruky robota je zobrazená na fotografii 1

Zodpovedajúci štít motora / Bluetooth je zobrazený na fotografii 2

Ovládače Big Easy sú zobrazené na fotografii 3.

Ovládače motora Big Easy Driver podporujú reťazové zapojenie

Motorové vedenie

Môže byť potrebné prevrátiť dva stredové vodiče z každého krokového motora 17HS3430 Nema17 12 voltov, pretože dosky vodiča krokového motora Big Easy Driver v1.2 A4988 očakávajú, že vodiče z každého z vinutí cievky budú susediť.

Aby ste to dosiahli, je potrebné vymeniť dva stredové vodiče z každého motora (foto 4).

Predvolená postupnosť farieb pre káble 17HS3430 (pre moje motory) je červená, modrá, zelená, čierna. Farebná postupnosť po úprave je červená, zelená, modrá, čierna.

Červené, zelené vinutie je pripojené na svorky „A“programu Big Easy Driver.

Modré, čierne vinutie je upevnené na svorkách „B“programu Big Easy Driver.

Veľké jednoduché aktuálne limity ovládača

Prúdový limit na každom z veľkých ľahkých ovládačov musí byť nastavený na 400 mA (miliampéry).

Aby ste to dosiahli:

1. Vypnite napájanie [1]
2. Odpojte Arduino
3. Odpojte každý kábel motora
4. Otočte každý z potenciometrov obmedzujúcich prúd na doskách A4988 Big Easy Driver úplne v smere hodinových ručičiek
5. Pripojte 12 V na veľké jednoduché ovládače … mali by ste získať aktuálne hodnoty medzi 90 mA a 100 mA. Toto je prúd odoberaný LED diódami.
6. Vypnite napájanie 12 voltov [1]
7. Pripojte „palcový“motor, zapojte napájanie a nastavte napájací prúd na 490 mA
8. Vypnite napájanie 12 voltov [1]
9. Odpojte palcový motor.
10. Kroky 6, 7, 8, 9 zopakujte pre každý zo zostávajúcich motorov

Pripojte všetky káble motora k príslušným ovládačom.

Celkový napájací prúd bude pri napájaní tesne nad 2 ampéry

Poznámka

[1]

NIKDY nezapájajte, ani neodpájajte, krokový motor s napájaním. Indukčný „kop“(špička napätia) pravdepodobne poškodí regulátory.

Krok 3: Ruka … Koncept

Moja prvá robotická ruka, popísaná v https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, má veľa malých dielov a na spoje používa lepiacu pásku.

Táto alternatívna ruka je robustnejšia, má menej častí a je jednoduchšie ju vyrobiť.

Vyššie uvedené fotografie ukazujú základný koncept … ak odstránite stredovú skrutku zo zberača, „kĺb“sa bude otáčať minimálne o 90 stupňov [1]

Poznámka

[1]

Mal som v úmysle použiť rameno pantografu v mojom plotri pohonu https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo…, ale od tejto myšlienky som upustil, pretože kvôli veľkému počtu kĺbov došlo k príliš veľkému množstvu nechcených pohybov.

Krok 4: Ruka … Prototyp

Vyššie uvedené fotografie ukazujú, ako je možné z dĺžky extrúzie hliníka a drôteného vešiaka vytvoriť „prst“.

Kĺb má hladký chod a je pozoruhodne pevný.

Matice a skrutky nie sú potrebné … spájkovacia páčka na každom konci vodiča ich zaisťuje na mieste.

Krok 5: Ruka … konštrukcia

Na výrobu tejto ruky je potrebných niekoľko nástrojov … iba píla na kov, niekoľko vrtákov a pilník.

Krok 1

• Nakreslite obrys ruky na papier. (foto 1)
• Označte svoju „kĺbovú čiaru“a hlavné „kĺby prstov“
• Ignorujte končeky prstov … za normálnych okolností sa toľko neohýbajú … postačuje skosenie. Ak je požadovaný mierny ohyb, môže byť pridaný neskôr.

Krok 2

• Z hliníkového výlisku odrežte časti prsta (foto 2)
• Vyvŕtajte štyri otvory s priemerom vešiaka… v každom rohu hliníkovej extrúzie jeden. (foto 4)
• Za každým z prvých otvorov vyvŕtajte otvor s menším priemerom. Používajú sa na elastické čiapky a nylonové šľachy. (foto 4)
• Odrežte dĺžky drôtu z vešiaka a oba konce ohnite o 90 stupňov
• Pri spájaní hliníkových profilov prstov prekrížte drôty. Drôty sú vložené z opačných strán.
• Zaistite drôty nanesením spájky na každý koniec vodiča. Nerobte si starosti s priľnavosťou spájky k hliníku … nie je.
• Odstráňte všetok spájkovací tok zo spojov pomocou minerálneho terpentínu (alebo podobného) a potom naneste kvapku oleja do šijacieho stroja. Prebytočný olej odstráňte papierovou utierkou.

Krok 3

• Pripojte každý prst k drevenému tvaru ruky pomocou hliníkových konzol v tvare „L“vyrobených zo útržku hliníkového plechu.
• Spodné zarážky zapíšte tak, aby boli prsty pri úplnom roztiahnutí rovné. (foto 4)

Krok 4

Pripevnite palec (foto 2). Konzola na palec vyzerá komplikovane, ale je to jednoducho kus šikmého rezu hliníkového plechu v tvare „L“. Potom sa 90-stupňový ohyb odstrihne a konce sa roztiahnu

Krok 5

• Medzi zvyšnými hornými otvormi uviažte kúsok gumičky do klobúka (foto 4).
• Upravte napätie, kým sa prsty len tak nevysunú.

Krok 6

• Do dolných otvorov pre prsty pripevnite nylonové šľachy (rybársku šnúru).
• Prejdite každou nylonovou šľachou cez otvory s priemerom 2 mm vyvŕtané v (zakrivenom) kúsku dreva. Tieto otvory pôsobia ako závesové oči. (foto 2)

Krok 7:

Na zmenu smeru nylonovej šľachy palca sa používa závesové oko. Závesné oko je zaskrutkované do nylonového stojana so závitom M3 umiestneného na druhej strane ruky

Krok 6: Softvér … Android

Fotografia 1 zobrazuje obrazovku „Design“MIT AppInventor 2 pre moju aplikáciu VTT (Voice-To-Text).

Fotografia 2 zobrazuje „bloky“použité v tejto aplikácii.

Fotografie 3 a 4 sú malá grafika PNG, ktorú som použil. Mikrofón je bezplatná grafika odkiaľkoľvek … ikona Bluetooth je moja.

Čítanie kódu

• Horné dva ľavostranné „bloky“spájajú váš telefón s Arduinom po stlačení tlačidla „Bluetooth“.
• Prostredné dva „bloky“na ľavej strane odošlú váš hlasový príkaz arduinu po stlačení tlačidla „mikrofón“. Text je vytvorený pomocou programu Google Speech_To_Text.
• Všetky hlasové príkazy sa zobrazujú ako text nad ikonou „mikrofónu“.
• V prípade, že si prajete pri testovaní zopakovať príkaz, spodné dva ľavé „bloky“prenesú tento text na tlačidlo „vlastné“.
• Spodné dva pravé bloky posielajú do ruky slová „otvorené“a „zatvorené“. Myslel som si, že tieto budú pri testovaní užitočné.
• Tri najlepšie pravé „bloky“na pravej strane riadia načasovanie.

VTT.apk

Priložený súbor VTT.apk je skutočnou telefónnou aplikáciou pre Android.

Ak chcete nainštalovať VTT.apk:

• Skopírujte súbor VTT.apk do telefónu (alebo si ho pošlite e -mailom ako prílohu)
• Zmeňte nastavenia telefónu a povoľte inštaláciu aplikácií tretích strán
• Stiahnite si inštalátor apk z
• Spustite inštalátor.

VTT.aia

Alternatívny spôsob inštalácie kódu je:

• vytvorte si účet MIT AppInventor
• Stiahnite a nainštalujte si MIT AppInventor 2 z
• Stiahnite si a nainštalujte si do svojho telefónu aplikáciu „MIT AI2 Companion“z
• Mimic Photo 1 na obrazovke „Design“
• Zopakujte bloky zobrazené na fotografii 2
• Spustite na svojom telefóne „MIT AI2 Companion“
• Kliknite na „Zostaviť | Aplikácia (poskytnite QR kód pre.apk) “
• Hneď ako sa zobrazí kód QR, kliknite na telefóne na možnosť QR
• Postupujte podľa pokynov.

Krok 7: Softvér Arduino

Pokyny na inštaláciu

Stiahnite si priložený súbor „VTT_voice_to_text_7.ino“

Skopírujte obsah súboru do nového náčrtu Arduino a uložte.

Nahrajte skicu do svojho Arduina.

Poznámky k návrhu

Anglický jazyk je veľmi zložitý.

Často existuje niekoľko spôsobov, ako povedať to isté. V nasledujúcich príkladoch majú slovo „ruka“a prsty rovnaký význam:

• „Otvorte ruku“……………………………………… týka sa vašej ruky
• „Otvorte prsty“…………………………………… týka sa vašej ruky

Kľúčové slová však môžu mať aj iný význam:

• „Otvorte prsty“………………………………….. týka sa vašej ruky
• „Otvorte ukazovák a prostredník“………… sa týka konkrétnych prstov

Zmysluplné príkazy vyžadujú najmenej dve kľúčové slová. Nasledujúce príkazy nevedú k ručnej akcii, pretože majú iba jedno kľúčové slovo:

• „Otvorené“………………………………………………………….. jedno kľúčové slovo „otvorené“[1]
• „Podaj mi ruku“………………………………………. Jedno kľúčové slovo „ruka“
• „Podaj mi kľúč“………………………………… jedno kľúčové slovo „ruka“

Na interpretáciu týchto príkazov som zoskupil kľúčové slová s podobným významom takto:

• Viac prstov: „ruka“, „prsty“, „otvorené“, „zatvorené“, „uvoľnenie“[1]
• Konkrétne prsty: „palec“, „index“, „stred“, „prsteň“, „malý“
• Otvorené prsty: „otvorené“, „zdvihnúť“, „predĺžiť“, „uvoľniť“[1]
• Zavrieť prsty: „zavrieť“, „spustiť“[1]
• Úlohy: „prenášať“, „držať“, „vyberať“, „demo“, „kalibrovať“

Každá skupina kľúčových slov je spojená s „vlajkou“. Na interpretáciu prirodzenej reči sa príznak alebo skupina vlajok spustí vždy, keď sa zistí kľúčové slovo. Tlmočníkovi reči stačí pozrieť sa na kombinácie vlajok a zistiť, aké akcie sú potrebné.

Rekurzia

Rekurzia nastane, keď sa príkaz zavolá raz alebo viackrát.

Predpokladajme, že niektoré vaše prsty sú predĺžené a niektoré zatvorené. Predpokladajme tiež, že chcete mať palec vystretý a prsty zatvorené, ako keby ste niečo nosili.

Metóda 1

Nasledujúce dva hlasové príkazy to dosiahnu:

• „Otvor ruku“
• „Zatvorte stredný krúžok indexu a malé prsty“

Metóda 2

Namiesto vydávania dvoch samostatných príkazov by ste mohli vytvoriť úlohu „carry ()“:

„Vezmi to za mňa“

Tento príkaz aktivuje funkciu „carry ()“, ktorá potom vydá:

• proces („otvorte ruku“);
• proces („zatvorte stredný krúžok indexu a malé prsty“)

Táto rekurzívna akcia umožňuje vytvárať zložité tvary rúk.

Poznámka

[1]

Pre uľahčenie som naprogramoval tlmočník, aby akceptoval „otvorené“, zatvorené a „uvoľnené“ako jednoslovné príkazy.

Krok 8: Zhrnutie

Tento návod ukazuje, ako môže byť ruka robota skonštruovaná z krátkej dĺžky extrúzie hliníka a drôteného vešiaka.

Ruka bola skonštruovaná tak, aby otestovala niektoré nápady. Na končeky prstov sú pripevnené štuple do uší, aby sa zlepšil úchop.

Medzi funkcie patrí:

• Jednoduché na výrobu
• Každý prst je ovládaný káblom.
• Jednotlivé pohyby prstov
• Skupinové pohyby prstov
• Programovateľné tvary rúk pre rôzne úlohy
• Nízke náklady
• Nízka hmotnosť
• Ak je to potrebné, pracuje pod vodou (žiadne motory na skrat)

Každý prst je ovládaný káblom. Na šľachy sa používa nylonová rybárska šnúra, z ktorých každá je vedená po dĺžke pružného závesového drôtu.

Fotografia 2 v časti Úvod ukazuje dva káble … jeden s 2 káblami … druhý s tromi. To je v poriadku, ak je polomer ohybu veľký, inak sa prsty pri ohýbaní káblov zvyčajne prilepia. Toto bolo prekonané použitím piatich samostatných káblov vo videu

Aj keď nylonová rybárska šnúra funguje, má tendenciu sa napínať. Rybárska stopa z nehrdzavejúcej ocele by bola lepšou voľbou … Mám navijak na objednávku.

Pohony sú vyrobené z krokových motorov a nekonečných remeňov. Šľachy sú pripevnené k hnacím remeňom pomocou sťahovacích pások.

Tento projekt by mal rovnako dobre fungovať so servomotormi. Ak sa rozhodnete používať servá, budú potrebné drobné zmeny kódu.

Hlasové príkazy Bluetooth sa do vášho Arduina odosielajú z mobilnej aplikácie pre Android.

Kód pre aplikáciu pre mobilný telefón bol vyvinutý pomocou MIT AppInventor 2 a je zverejnený v tomto návode.

Hlasový tlmočník Arduino je mimoriadne spoľahlivý. Kód, ktorý je súčasťou tohto návodu, môže byť použitý v iných projektoch.

Odhliadnuc od vášho mobilného telefónu, odhadované náklady na výstavbu tohto projektu sú nižšie ako 100 dolárov

Kliknutím sem zobrazíte ďalšie moje pokyny.