Rukavice na flexibilný senzor: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Ide o zábavný projekt, ktorý je možné prispôsobiť na ovládanie čohokoľvek, od robotických ramien po rozhrania virtuálnej reality.

Krok 1: Materiály a diely

Pre rukavice:

• Lacná záhradnícka rukavica
• Lilypad Arduino
• Držiak batérie Lilypad
• Vodivá niť na šitie
• Normálna šijacia niť
• Velostat
• Lepiaca páska
• super lepidlo
• Elastické
• Päť odporov 4,7 kohm

Na ruku:

• Päť serva SG90
• Elektrický drôt
• PLA alebo ABS vlákno
• Ninjaflex (alebo iné flexibilné vlákno)
• Rybársky vlasec
• Napájanie 5V
• Malá doska na chlieb (voliteľná, ale užitočná na paralelné zapojenie serv)

Poznámka: ak nemáte flexibilné vlákno pre 3D tlač, je možné použiť iné robotické rameno ako Flexy Hand

Krok 2: Výroba senzorov Flex

Materiál, ktorý som použil, velostat, je piezorezistívny materiál. To znamená, že je citlivý na tlak a keď ho stlačíte, ohnete alebo zdeformujete, odpor sa zmení. Túto vlastnosť použijeme na meranie toho, ako sa každý prst ohýba.

Začnite odrezaním 5 pásikov velostatu, približne 0,7 cm x 8 cm, presné rozmery nie sú dôležité, pretože nás zaujíma kvalitatívne čítanie odporu, nie kvantitatívne.

Ďalej položte 2 dlhé kusy lepiacej pásky lícom hore na rovný povrch a odstrihnite dve dĺžky vodivej šijacej nite, povedal by som, že najmenej 40 cm dlhé, vždy je lepšie mať prebytok. Voliteľne naneste malú kvapku super lepidla na lepiacu pásku v blízkosti základne. Nie je to potrebné, ale zistil som, že to zabraňuje náhodnému vytiahnutiu šijacej nite. Ak nemáte vodivú šijaciu niť, bolo by možné na tento krok použiť tenký medený drôt ako drôt, ktorý nájdete v kábloch slúchadiel (hovorím „možno“, pretože som tento nápad netestoval).

Položte 2 dĺžky šijacej nite na vrch lepiacej pásky pozdĺž stredu tak, aby chvost šijacej nite vyčnieval koniec lepiacej pásky. Je dôležité prejsť takmer na celú dĺžku lepivej pásky, pretože ak tak neurobíte, snímač ohybu bude zhromažďovať údaje iba v blízkosti spodnej časti prsta, a nie špičky.

Velostat položte na jeden kus šijacej nite tak, aby zakryl jej koniec (nechcete, aby sa 2 kusy šijacej nite dotýkali). Potom zdvihnite druhý kus lepiacej pásky na nekrytú stranu velostatu a silným stlačením odstráňte vzduchové bubliny. V spodnej časti snímača zaistite, aby 2 kusy šijacej nite nevytvárali skrat, aby ste tomu zabránili, aby opustili lepivú pásku na opačných stranách (podobné križovatke v tvare „Y“, pozri obrázok).

Podľa potreby odstrihnite prebytočnú lepiacu pásku. Nakoniec super prilepte malý kúsok gumičky na koniec senzora. Opakujte to 5 -krát a upravte veľkosť každého senzora tak, aby optimálne zodpovedala vášmu prstu.

Krok 3: Vyrobte si rukavicu

Poskytnem prehľad krokov, ktoré som osobne vykonal, ale spôsob, akým to robíte, sa bude líšiť prípad od prípadu, do značnej miery závisí od rukavice, ktorú používate.

Jeden kľúčový bod, ktorý nemôžem dostatočne zdôrazniť, je, že vodivá šijacia niť NIE JE ako bežný hobby drôt, neexistuje žiadny izolačný plášť. Pretože je rukavica flexibilná a môže sa sama ohnúť, je navyše veľmi ľahké vytvoriť skrat, ktorý spôsobí zničenie komponentov a veľké diery roztavené v rukavici.

Ak nemáte vodivú šijaciu niť, je možné použiť bežné drôty a spájkovať spoje.

Začal som zapojením batérie do rukavice a pripojením 5V a GND k Arduino Lilypad. Lilypad ešte úplne neprišite, pretože ho budeme musieť ohnúť dozadu a zošiť (pozri obrázky vyššie).

Tiež by som odporučil vystlať spodnú stranu dosky Lilypad elektrickou páskou, aby ste predišli skratom.

Ďalej spájkujte konce piatich odporov 4,7 kohmov do malých slučiek (možno budete musieť nastaviť hodnotu odporu na základe dĺžky a šírky vašich velostatových pásikov). Voliteľné: pomocou horúceho lepidla ich pripevnite k rukavici, je zložitejšie ich ušiť, ak nie sú pôvodne držané na svojom mieste.

Predtým, ako budete pokračovať, si pozorne prezrite vyššie uvedené obrázky a schému zapojenia, je dôležité, aby ste si pred štartom zmapovali trasu k šijacej nite, inak sa „zašijete do kúta“.

Osobne som začal šiť z GND na batérii na 5 rezistorov a potom z každého jednotlivého rezistora na piny A0 až A4 tak, že som prešiel pod dosku Lilypad, ktorú sme predtým pokryli izolačnou páskou. Potom som koniec prvého ohybného senzora nalepil na palec, pričom jeden koniec šijacej nite smeroval k 5V a druhý koniec k A0. Opakujte to pre každý prst, ale namiesto toho, aby ste zakaždým prešli priamo na 5 V (a vytvorili bludisko stehov), jednoducho prišite k predchádzajúcemu flex senzoru.

Aby ste zaistili, že každý z ohybných senzorov zostane pod napätím, keď pohybujete prstami, spojte gumičku, ktorú sme v poslednom kroku pripevnili k ohybovému senzoru, k špičkám prstov na rukavici. Voliteľne zošite niekoľko slučiek okolo ohybového senzora, aby ste zaistili, že zostanú na mieste, keď budete pohybovať rukou.

Nakoniec spájkujte 5 vodičov k digitálnym kolíkom 5 až 9, tie sa použijú neskôr, aby sa servám oznámilo, kam ísť.

Krok 4: Postavte ruku

3D tlačím vypnuté súbory, dostupné od používateľa Gyrobot na Thingiverse. Nájdete ich tu.

Ak chcete, môžete 3D tlačiť aj predlaktie, ale kvôli vláknovým obmedzeniam som vyrobil papierový mache model vlastného predlaktia. Použil som päť serva SG90 držaných v 3D tlačenom ráme, spojených s každým prstom pomocou rybárskej šnúry. Pripojte všetky pripojenia GND a Vin paralelne k externému zdroju napájania, ako je napríklad nástenný transformátor 5 V AC-DC.

Pripojte vstupné kolíky serva (zvyčajne podľa konvencie oranžové vodiče) k zodpovedajúcim digitálnym kolíkom na rukavici.

Krok 5: Nahrajte kód

Pokiaľ nemáte kábel FTDI, budete musieť Lilypad naprogramovať prostredníctvom Arduino Uno. Kroky, ako na to, sú popísané v tomto návode. Uistite sa, že máte vybratý správny typ dosky Arduino, ak ju chcete zmeniť, prejdite na Nástroje/Doska/Lilypad Arduino.

Podľa vyššie uvedených pokynov najskôr nahrajte kalibračný kód.

Skopírujte výstup z kalibračného kódu do riadka 31 tohto kódu a potom ho nahrajte.

Krok 6: Komentujte prenosovú rýchlosť

Mal som dosť frustrujúcu chybu, pretože prenosová rýchlosť (čo je rýchlosť, ktorou sa údaje prenášajú prostredníctvom sériového portu) bola dvakrát väčšia, ako som naprogramoval. Ukážku problému nájdete v mojom videu na YouTube okolo 2:54. Nanešťastie mi to zabránilo dodržať môj pôvodný plán, ktorý bol používať bluetooth a bezdrôtovo komunikovať medzi rukavicou a robotickou rukou.

Nepodarilo sa mi vyriešiť problém s prenosovou rýchlosťou, ale môj najlepší odhad je, že medzi softvérovým hardvérom existuje nesúlad, pretože oscilátor na doske je 8 MHz alebo 16 MHz. Dôvodom môže byť to, že som si kúpil lacnú klonovaciu dosku, a nie oficiálny produkt. Ak používate skutočný produkt, tento problém sa nemusí vyskytnúť. Napriek tomu sú to len moje vlastné špekulácie a ak niekto pozná skutočný dôvod, dajte mi prosím vedieť v komentároch nižšie.

Ako dočasné opravy som našiel 2 spôsoby, ako to obísť:

• Zdvojnásobte prenosovú rýchlosť pomocou tlačidla v ľavom dolnom rohu sériového monitora. Ak napríklad kód hovorí Serial.begin (9600); zmeňte výstup sériového monitora na 19200.
• Namiesto toho, aby ste si ako dosku vybrali Arduino Lilypad, zvoľte pri nástupe Arduino Pro. Ak to chcete urobiť v Arduino IDE, choďte: Nástroje/Doska/Arduino Pro alebo Pro Mini a potom nahrajte.

Krok 7: Dokončenie

Dúfam, že ste našli tieto poučné informácie. Ak máte akékoľvek otázky alebo návrhy, nechajte ich v komentári nižšie.

Tretia cena v súťaži Make It Move 2017