自制遙控機(jī)械臂的教程

一種機(jī)械臂，可通過(guò)帶有傳感器的手套無(wú)線(xiàn)模擬您的手部運(yùn)動(dòng)。

它由帶有柔性傳感器的手套控制的人造手組成。人工手通過(guò)控制手套無(wú)線(xiàn)再現(xiàn)手的動(dòng)作。手和手套都適用于 Arduino。

第 1 步：所需材料

控制手套的材料：

?彈性手套；

? LilyPad Arduino板（有不同的版本，通常只有 4 個(gè)模擬輸入，所以請(qǐng)注意并購(gòu)買(mǎi)圖片中的那個(gè)）：它的工作原理與經(jīng)典的 Arduino UNO 完全一樣，或者您甚至可以直接使用 Arduino Nano；

? XBee 模塊：用于無(wú)線(xiàn)電通信；

?屏蔽連接X(jué)bee模塊；

? 5 個(gè)彎曲傳感器；

? 5 個(gè)電阻器：47 KΩ ；

?帶3x1.5 V電池的電池組（Lilypad 可以從2.7 到5.5 V 供電，所以4.5 V 就可以了）；

? LilyPad FTDI 適配器：將 LilyPad 板連接到 PC 并使用 Arduino IDE 加載程序（非?？蛇x，因?yàn)槟部梢允褂?Arduino UNO 板移除 ATmega 芯片，但每次都進(jìn)行這種連接很棘手） 。

機(jī)械臂的材料：

?手掌為鋼結(jié)構(gòu)，手指為木結(jié)構(gòu)；

? Arduino UNO板；

? XBee 模塊；

? 5 個(gè)伺服電機(jī)5V 供電（我使用 TowerPro SG90）；

? Arduino UNO 的伺服電機(jī)護(hù)罩：連接伺服電機(jī)我使用了FuturaElettronica的 Robot_Shield，它還有一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器為整個(gè)電路供電，但您可以使用任何用于控制伺服電機(jī)的護(hù)罩。鏈接：https://store.open-electronics.org/index.php？_rou.。. ；

?連接X(jué)Bee模塊的屏蔽（我做了一個(gè)可怕的，但它很經(jīng)濟(jì)，我需要做一個(gè)小因?yàn)镽obot_Shield 的大?。?；

?釣魚(yú)線(xiàn)；

?（可選）釣魚(yú)墜子，用于固定釣魚(yú)線(xiàn)，也可以簡(jiǎn)單地打一個(gè)結(jié)；

? 9 伏電池。

- 所需工具：

?角磨機(jī)（主要用于切割木材和鋼材）；

?軸向磨床；

?焊機(jī)（帶電極）；

?鉆孔；

?焊臺(tái)和焊錫；

? 電工剪刀；

?鉗子；

?熱縮管。

第2步：制作手套

為了制作控制手套，我建議首先選擇不同組件的正確位置，然后用適當(dāng)長(zhǎng)度的電線(xiàn)連接所有東西。

要使用 Arduino LilyPad 進(jìn)行模擬讀取，您需要制作一個(gè)分壓器，因?yàn)槿嵝詡鞲衅鞑幌?a target="_blank">電位器那樣工作（它們只有 2 個(gè)觸點(diǎn)）。

所以按照方案，首先將 5 個(gè)電阻焊接在 LilyPad 板上，一側(cè)連接到 5 個(gè)不同的模擬引腳，另一側(cè)共同接地。然后焊接柔性傳感器，一側(cè)連接到 5 個(gè)不同的模擬引腳，另一側(cè)連接到正極。

然后連接 XBee Shield：兩根線(xiàn)用于電源，另外兩根用于信號(hào)。將 Tx 引腳焊接到 Rx，反之亦然。

現(xiàn)在你需要電池組和手套了。

注意：不要為 Arduino LilyPad 供電超過(guò) 5.5 V，也不要反過(guò)來(lái)供電

第 3 步：制作機(jī)械臂

這是最復(fù)雜的部分，因?yàn)槟仨氝x擇合適的材料來(lái)制作手部，但如果您有可能 3D 打印手部，這也很容易（網(wǎng)上有許多不同的 3D 項(xiàng)目用于打印手部部件）。

我開(kāi)始用軟木制作手指，為動(dòng)作找到合適的結(jié)構(gòu)，然后用樹(shù)枝制作。

因此，每根手指制作三個(gè)木制圓柱體，其中兩個(gè)比你的指骨的正常長(zhǎng)度長(zhǎng) 1 厘米，需要將一個(gè)部件放入另一個(gè)部件中。

然后用角磨機(jī)制作凹槽以使零件裝配在一起（參見(jiàn)圖片，您會(huì)更好地理解）。

你需要一些砂紙使碎片彎曲，以便它們可以旋轉(zhuǎn)。

用鉆頭為鉸鏈打孔，然后你必須為釣魚(yú)線(xiàn)打另外兩個(gè)孔，垂直方向，一個(gè)朝向手內(nèi)側(cè)，一個(gè)向外。因此，當(dāng)電線(xiàn)設(shè)置在手指的頂部時(shí)，向內(nèi)拉時(shí)手指會(huì)閉合，向外拉時(shí)手指會(huì)打開(kāi)。

但我后面發(fā)現(xiàn)手掌是有問(wèn)題的，因?yàn)槲易畛跏怯媚绢^做的，而較薄的部分總是會(huì)斷裂。所以我決定用鋼制造它，這一次我沒(méi)有遇到任何問(wèn)題。

剪下它并做一些類(lèi)似于手指的突起，將它們固定在手掌上（參見(jiàn)圖片作為參考）。然后用鉆頭為釣魚(yú)線(xiàn)制作其他孔，拇指會(huì)很棘手，因?yàn)樗幌衿渌种改菢哟怪薄?/p>

動(dòng)手后，您需要為五個(gè)伺服電機(jī)和 Arduino UNO 板做一個(gè)支撐。一定要選擇舵機(jī)的正確位置，這樣它們?cè)谛D(zhuǎn)時(shí)不會(huì)相互接觸。

最后一部分是將手指連接到伺服電機(jī)：將釣魚(yú)線(xiàn)固定在手指頂部并使其穿過(guò)孔；然后，當(dāng)電線(xiàn)位于手的底部時(shí)，以最大旋轉(zhuǎn) （180°） 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子（手動(dòng)，不通電），使其處于垂直位置，然后將閉合手指的電線(xiàn)設(shè)置到最低轉(zhuǎn)子的孔，例如打結(jié)；再次將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 0°（它再次垂直，之前打的結(jié)在頂部），然后將另一根線(xiàn)（打開(kāi)手指）設(shè)置到轉(zhuǎn)子的最低孔。按照此步驟中的最后一張圖片更好地理解。

因此，當(dāng)電機(jī)處于 0°（垂直）時(shí)，手指打開(kāi)，而當(dāng)轉(zhuǎn)子處于 180°（再次垂直）時(shí)，手指關(guān)閉。

第 4 步：機(jī)械臂的電路

對(duì)于電路，您可以選擇使用帶有 XBee 護(hù)罩的 Arduino UNO 伺服電機(jī)護(hù)罩，或者使用 XBee 模塊和引腳制作定制護(hù)罩用于伺服電機(jī)，并通過(guò)其插孔端口為 Arduino UNO 供電。

我制作的 DIY XBee Shield 使用 12 KOhm 電阻和 22 KOhm 電阻，您可以在圖片中看到接線(xiàn)。

所以我使用了我之前已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)的東西，但是你可以使用任何讓你控制伺服電機(jī)和 XBee 的東西。

伺服電機(jī)有 3 根電線(xiàn)：

黃色：信號(hào)（連接到數(shù)字引腳）；

紅色：電源（+5 V）；

棕色：接地（GND）。

我使用了最簡(jiǎn)單的伺服電機(jī)，工作電壓為 5 V，旋轉(zhuǎn)角度為 180 度（這是完美的角度，我們不需要更多）。

電腦的USB接口無(wú)法提供足夠的電源來(lái)控制5個(gè)伺服電機(jī)，所以我建議使用12V電源測(cè)試一切，然后使用9V電池（堿性電池為佳）。

第 5 步：程序

記?。阂虞d程序，您必須刪除連接到 Arduino 的 TX 和 RX 引腳的所有東西（在本例中是 XBee 模塊），否則程序?qū)o(wú)法加載。還要記住在 IDE（LilyPad 或 Arduino UNO）中設(shè)置正確類(lèi)型的 Arduino。

兩個(gè)代碼的鏈接：

https://codebender.cc/sketch:59559

https://codebender.cc/sketch:55013

試試這個(gè)代碼來(lái)測(cè)試手套上的彈性傳感器：https ://codebender.cc/sketch:56264

這是為了測(cè)試 Lilypad 和 Arduino Uno 之間的連接：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);
}