ذراع اصطناعية تعمل بجهاز استشعار ميوسينسور: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-31 10:16

هذا المشروع هو تطوير ذراع اصطناعية للأشخاص المبتورين. الهدف من هذا المشروع هو إنشاء ذراع اصطناعية ميسور التكلفة للأشخاص الذين لا يستطيعون تحمل تكلفة ذراع احترافي.

نظرًا لأن هذا المشروع لا يزال في مرحلة وضع النماذج الأولية ، فمن الممكن دائمًا أن يكون أفضل لأنه في الوقت الحالي يمكنه فقط فتح وإغلاق راحة اليد لتكون قادرة على الاستيلاء على الأشياء! ومع ذلك ، فهي عبارة عن ذراع اصطناعية DIY يمكن إجراؤها في المنزل أو في معمل فاب محلي.

الخطوة 1: المواد والأدوات والآلات المطلوبة

الآلات:

1. طابعة 3D
2. قاطع ليزري
3. آلة CNC المكتبية

أدوات:

1. حدود الصيد للسمك
2. 3 مم خيوط
3. تدريبات
4. صمغ ممتاز
5. كماشة حفرة
6. المقياس المتعدد
7. محطة لحام
8. شمع ميكانيكي
9. قوالب السيليكون

المواد:

1. لوح نحاس
2. عدد 1 منفذ ATMEGA328P-AU
3. 1x 16 ميجا هرتز كريستال
4. 1x 10 كيلو المقاوم
5. مكثفات 2x 22pF
6. 1x 10 فائق التوهج مكثف
7. 1x 1 فائق التوهج مكثف
8. 1x 0.1 فائق التوهج مكثف
9. 1x ميوسنسور
10. محركات مؤازرة صغيرة 5x
11. 1x Arduino UNO

برمجة:

1. اردوينو IDE
2. فيوجن 360
3. كورا
4. نسر
5. جيمب

الخطوة 2: تصميم ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد

تصميم ثلاثي الأبعاد

كانت الخطوة الأولى هي تصميم أصابع وكف وساعد الذراع الاصطناعية مع مراعاة الأجهزة الإلكترونية التي ستدخل في الذراع الاصطناعية. لأكون صادقًا ، استخدمت مشروع inmoov مفتوح المصدر كقاعدة وبدأت من هناك.

يعتبر تصميم راحة اليد جزءًا صعبًا جدًا لأن الأصابع يجب أن يكون لها نسب مختلفة فيما بينها. وبالتالي:

الأصابع: قمت بتنزيل الأصابع من مشروع inmoov.

كف، نخلة:

1. قمت أولاً برسم مخطط النخيل وبثقه.
2. ثم قمت بعمل ثقوب لوصلات الإصبع والساعد باستخدام الرسومات التخطيطية وأمر القطع وأمر التعبئة.
3. بعد ذلك ، اضطررت إلى صنع أنابيب حتى أتمكن من تمرير خطوط الصيد حتى أتمكن من التحكم في الأصابع عبر المحركات.
4. أخيرًا ، كان لابد من إضافة ثقوب داخل راحة اليد بحيث يكون إغلاق النخيل ممكنًا عند سحب خط الصيد.

ساعد:

1. في مستويات مختلفة ، قمت بإنشاء رسمين تخطيطيين واستخدمت أمر القطع الناقص. لقد استخدمت الأمر loft بعد ذلك لإنشاء الشكل المطلوب.
2. بعد ذلك ، تم استخدام أمر shell لجعله مجوفًا وأمر الانقسام بقطعه إلى نصفين حتى أتمكن من التصميم فيه وللحصول على أفضل إمكانية وصول عندما أقوم بتركيب أجهزتي الإلكترونية بالداخل.
3. تم عمل رسم أيضًا بالقرب من الرسغ ، مقذوفًا وربطًا بالساعد الرئيسي حتى يتمكن من الاتصال براحة اليد.
4. من خلال الرؤية للتصميم داخل الساعد ، قمت بإنشاء رسم تخطيطي بأبعاد المحركات الخمسة التي سأستخدمها ، واحد لكل إصبع ، و PCB (لوحة الدوائر المطبوعة) التي سأستخدمها. ثم قمت بعد ذلك ببثقها حتى تصل إلى الارتفاع المرغوب فيه وقمت بحذف الأجزاء غير الضرورية في الجزء الخلفي من الأسطوانة باستخدام مسافة للخلف.
5. أخيرًا ، تم تصميم فتحات البراغي ، بطريقة غير مرئية في التصميم العام ، حتى يمكن إغلاق الساعد باستخدام أوامر مماثلة على النحو الوارد أعلاه.

بعد الانتهاء من التصميم ، حددت كل جسم وقمت بتنزيله كملف stl. وقمت بطباعته ثلاثية الأبعاد بشكل منفصل.

تصميم ثنائي الأبعاد

نظرًا لأنني أردت فصل خطوط الصيد الخاصة بي أثناء تشغيلها بواسطة المحركات ، فقد قررت عمل فتحات توجيهية لهم. لهذا ، لم أضطر حقًا إلى تصميم أي شيء جديد ولكن استخدم الشكل البيضاوي الأصغر عندما استخدمت أمر الدور العلوي لإنشاء الساعد.

لقد قمت بتصدير مخططه كملف dxf بعد أن استخدمت أداة القطع بالليزر. بعد أن حصلت على الشكل المطلوب ، قمت بحفر ثقوب بقطر 0.8 مم داخل الفتحة التي وجدتها ضرورية.

الخطوة الثالثة: الطباعة ثلاثية الأبعاد

بعد تصدير كل ملف stl ، استخدمت Cura لإنشاء الرمز.g لأجزاء مختلفة من الأصابع ، راحة اليد والساعد. الإعدادات المستخدمة موضحة في الصور أعلاه. مادة الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد هي PLA.

الخطوة 4: الصب والصب

الغرض من صب راحة اليد هو أن يكون للذراع الاصطناعية قبضة أقوى لأن جيش التحرير الشعبى الصينى يمكن أن يكون زلقًا.

تصميم ثلاثي الأبعاد

1. باستخدام الرسم الموجود مسبقًا لراحة اليد ، حاولت محاكاة راحة يدنا من خلال تصميم نوع من الدوائر عليها باستخدام الأمر القوسي.
2. بعد ذلك ، قمت ببثقها على ارتفاعات مختلفة واستخدمت الأمر فيليه لتنعيم حواف "الدوائر" الداخلية.
3. بعد ذلك ، صممت صندوقًا بنفس أبعاد الشمع الآلي الخاص بي ووضعت السلبي من تصميمي هناك باستخدام القطع في أمر الدمج.

عملية CAM

بعد أن أصبح التصميم جاهزًا للطحن باستخدام آلة CNC المكتبية ، كان علي إنشاء رمز gcode لذلك. في حالتي ، كنت أستخدم آلة Roland MDX-40 CNC!

1. أولاً ، دخلت إلى بيئة CAM في Fusion360.
2. بعد ذلك ، قمت بتحديد "إعداد جديد" في قائمة الإعداد.
3. اخترت المعلمات الصحيحة (انظر الصور) وضغطت موافق.
4. بعد ذلك ، ضمن قائمة 3D ، اخترت المقاصة التكيفية واخترت المعلمات الصحيحة بعد إدراج الأداة التي استخدمتها كما هو موضح في الصور.
5. أخيرًا ، اخترت المقاصة التكيفية وقمت بالضغط على عملية النشر. لقد تأكدت من أنه مخصص لآلة رولاند mdx-40 ونقرت على "موافق" للحصول على الرمز.
6. بعد ذلك ، قمت بطحن كتلة الشمع وفقًا لتصميمي باستخدام الماكينة.

صب السيليكون

1. أولاً ، قمت بخلط حلين السيليكون بعناية حتى لا تسبب أي فقاعات هواء ، باتباع ورقة البيانات (الرابط الموجود على المواد) ، مع الأخذ في الاعتبار نسبة الخلط وعمر الوعاء ووقت إزالة القالب.
2. بعد ذلك ، قمت بسكبها في القالب الخاص بي من أدنى نقطة مع التأكد من أن نقطة الاتصال كانت ثابتة وأن قطر المحلول المصبوب كان رقيقًا قدر الإمكان ، وذلك لتجنب فقاعات الهواء.
3. بعد صب السيليكون في القالب الخاص بي ، كان علي التأكد من عدم وجود فقاعات هواء بالداخل ، لذلك ارتعدت القالب باستخدام مثقاب بمسمار مائل.
4. أخيرًا ، نظرًا لأنني نسيت أن أفعل ذلك في تصميمي ، فقد أحدثت ثقوبًا في السيليكون بعد أن أصبح جاهزًا ، باستخدام كماشة الثقب ، بطريقة تتناسب مع الثقوب الموجودة على سطح راحة اليد.

الخطوة 5: تصميم الإلكترونيات والإنتاج

من أجل تصميم لوحتي وفهم ما يحدث في دبابيس المتحكم الدقيق ، كان علي قراءة ورقة البيانات الخاصة به. بصفتي ثنائي الفينيل متعدد الكلور أساسي ، استخدمت جهاز ساتشاكيت الصغير ثم قمت بتعديله وفقًا لاحتياجات نظامي.

نظرًا لأن satshakit عبارة عن لوحة تعتمد على اردوينو DIY ، يمكنني تعديلها وفقًا لعمليات البحث التي أجريتها عن اتصالات أجزائي مع اردوينو. لذلك ، يتصل جهاز الاستشعار myosensor بـ arduino باستخدام دبوس GND واحد ودبوس VCC ودبوس تمثيلي واحد. حيث يستخدم محرك سيرفو واحد دبوس GND ودبوس VCC ودبوس PWM. لذلك ، اضطررت إلى كشف ما مجموعه ستة دبابيس GND و VCC مع مراعاة تشغيل اللوحة ، ودبابيس تمثيلية وخمسة دبابيس PWM. أيضًا ، كان علي أن آخذ في الاعتبار كشف المسامير لبرمجة اللوحة (وهي MISO و MOSI و SCK و RST و VCC و GND).

كانت الخطوات التي اتخذتها هي:

1. أولاً ، قمت بتنزيل ملفات النسر الخاصة بـ micro-satshakit.
2. بعد ذلك ، قمت بتعديل micro-satshakit وفقًا لاحتياجاتي باستخدام Eagle. يمكن العثور على دليل حول كيفية استخدام Eagle هنا وهنا.
3. بعد عمل روت للوح الخاص بي ، قمت بتصديره كملف-p.webp" />

بعد الحصول على المسارات الداخلية والخارجية للوح الخاص بي كـ-p.webp

أخيرًا ، لقد قمت بلحام كل ما أحتاجه وفقًا للوح النسر الخاص بي. يمكن العثور على صورة التخطيطي واللوحة الملحومة أعلاه.

السبب في صنع لوحة PCB الخاصة بي بدلاً من استخدام Arduino UNO هو المساحة التي أحفظها عندما أستخدم لوحي الخاص.

الخطوة 6: التجميع

إذن بعد طباعة الأصابع:

1. اضطررت إلى حفر الثقوب الداخلية بحفر قطره 3.5 مم والثقوب الخارجية بحفر قطره 3 مم. الثقوب الداخلية تعني الجزء الذي عند توصيل الأجزاء يكون من الفتحة الداخلية والخارجية ، الجزء الذي عند توصيله يكون من الخارج.
2. بعد ذلك ، كان علي أن ألصق أولاً بالإصبع الثاني والثالث بالإصبع الرابع.
3. بعد ذلك ، قمت بتوصيل الأجزاء 1 + 2 بـ 3 + 4 مع 5 من خلال الفتحات الصغيرة باستخدام خيوط بقطر 3 مم.
4. أخيرًا ، كانت الأصابع جاهزة للتجميع مع راحة اليد ثم الساعد.

لذا ، فقد حان الوقت لتمرير خط الصيد من خلال الأصابع.

ذهب خط واحد من الجانب الخلفي للإصبع عبر الأنبوب الموجود على موصل كف الإصبع وإلى الساعد ، بينما ذهب الخط الآخر من الجانب الأمامي للإصبع إلى الفتحة الموجودة داخل راحة اليد والساعد

ملاحظة خاصة هي تمرير خط الصيد عبر قطعة من الخشب بها ثقب بقطرها وعمل عقدة. وإلا عندما يتم سحب الخط ، فقد ينزل إلى الإصبع ، وهو ما حدث لي بغض النظر عن عدد العقد التي صنعتها.

• بعد تمرير خط الصيد عبر الأصابع ، يجب توصيل راحة اليد والساعد ببعض البراغي المطبوعة ثلاثية الأبعاد ،
• مررت الخطوط مرة أخرى من خلال فتحة ثقب الليزر لفصلها ثم قمت بتوصيلها بمحركات المؤازرة.
• يعد ربط خط الصيد بالموضع الصحيح للمؤازرة أمرًا صعبًا بعض الشيء. لكن ما فعلته هو اتخاذ المواقف المتطرفة للإصبع وتوصيله بالموضع المتطرف من المؤازرة.
• بعد أن وجدت المواضع الصحيحة ، قمت بحفر ثقوب في الفتحات الخاصة للمضاعفات وقمت بربط الماكينات في الأماكن الصحيحة مع التأكد من أن اثنتين من الماكينات مرتفعة قليلاً عن الأخرى ، وإلا فإنها ستصطدم أثناء تشغيلها.

الخطوة السابعة: البرمجة

قبل كتابة البرنامج ، كان علي أن أجعل برنامج micro-satshakit المعدل قادرًا على البرمجة. للقيام بذلك ، كان علي اتباع الخطوات أدناه:

1. قم بتوصيل Arduino Uno بجهاز الكمبيوتر.
2. حدد المنفذ الصحيح ولوحة Arduino Uno ضمن الأدوات.
3. ضمن> ملف> أمثلة ، ابحث عن مخطط "ArduinoISP" وافتحه.
4. قم بتحميل المخطط على Arduino.
5. افصل Arduino عن الكمبيوتر.
6. قم بتوصيل اللوحة بـ Arduino باتباع التخطيطي في الصورة.
7. قم بتوصيل Arduino بجهاز الكمبيوتر.
8. حدد لوحة "Arduino / Genuino Uno" ومبرمج "Arduino as ISP".
9. انقر فوق> أدوات> نسخ أداة تحميل التشغيل.
10. بعد الانتهاء من محمل الإقلاع بنجاح ، يمكننا كتابة برنامجنا:

// بما في ذلك المكتبة التي استخدمتها لمحركات المؤازرة

# تضمين # تضمين برنامج mySerial (7 ، 8) ؛ #define MYO_PIN A0 int sensorValue ؛ الجهد العائم // يعين اسمًا لمؤازري VarSpeedServo servo1 ؛ مؤازرة VarSpeedServo2 ؛ مؤازرة VarSpeedServo3 ؛ مؤازرة VarSpeedServo4 ؛ مؤازرة VarSpeedServo5 ؛ #define PINKY 5 #define PINKY_PIN 10 #define RINGFINGER 4 #define RINGFINGER_PIN 9 #define MIDDLE 3 #define MIDDLE_PIN 3 #define INDEX 2 #define INDEX_PIN 5 #define THUMB 1 #define 6 THUMPOD_PIN) ؛ // الدبوس الذي أرفقت به محرك سيرفو 1.attach (THUMB_PIN) ؛ servo2.attach (INDEX_PIN) ، servo3.attach (MIDDLE_PIN) ، servo4.attach (RINGFINGER_PIN) ؛ servo5.attach (PINKY_PIN) ؛ defaultPosition (THUMB، 40) ؛ defaultPosition (INDEX، 40) ؛ defaultPosition (MIDDLE، 40) ؛ defaultPosition (RINGFINGER، 40) ؛ defaultPosition (وردي ، 40) ؛ mySerial.begin (9600) ، mySerial.print ("تهيئة …") ؛ } حلقة فارغة () {sensorValue = analogRead (A0) ؛ الجهد = قيمة المستشعر * (5.0 / 1023.0) ؛ mySerial.println (جهد كهربي) ؛ تأخير (100) ؛ إذا (الجهد> 1) {closePosition (PINKY ، 60) ؛ closePosition (RINGFINGER، 60) ؛ closePosition (الوسط ، 60) ؛ closePosition (INDEX، 60) ؛ closePosition (إبهام ، 60) ؛ } else {openPosition (PINKY، 60) ؛ openPosition (RINGFIGER، 60) ؛ openPosition (MIDDLE ، 60) ؛ openPosition (INDEX، 60) ؛ openPosition (إبهام ، 60) ؛ }} void defaultPosition (uint8_t finger، uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (90، _speed، true)؛ وإلا إذا (finger == RINGFINGER) servo4.write (70، _speed، true) ؛ وإلا إذا (finger == MIDDLE) servo3.write (20، _speed، true) ؛ وإلا إذا (finger == INDEX) servo2.write (20، _speed، true) ؛ وإلا إذا (finger == THUMB) servo1.write (20، _speed، true) ؛ } void closePosition (uint8_t finger، uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (180، _speed، true)؛ وإلا إذا (finger == RINGFINGER) servo4.write (180، _speed، true) ؛ وإلا إذا (finger == MIDDLE) servo3.write (180، _speed، true) ؛ وإلا إذا (finger == INDEX) servo2.write (180، _speed، true) ؛ وإلا إذا (finger == THUMB) servo1.attach (180، _speed، true) ؛ } void openPosition (uint8_t finger، uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (0، _speed، true)؛ وإلا إذا (finger == RINGFINGER) servo4.write (0، _speed، true)؛ وإلا إذا (finger == MIDDLE) servo3.write (0، _speed، true)؛ وإلا إذا (finger == INDEX) servo2.write (0، _speed، true)؛ وإلا إذا (finger == THUMB) servo1.write (0، _speed، true)؛ } // بعد كتابة البرنامج نقوم بتحميله على السبورة عن طريق> Sketch> تحميل باستخدام Programmer // الآن يمكنك إلغاء توصيل جهاز micro satshakit من اردوينو وتشغيله من خلال بنك الطاقة // And voila !! لديك ذراع اصطناعية