RoboGlove: 12 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

نحن مجموعة من طلاب ULB ، Université Libre de Bruxelles. يقوم مشروعنا على تطوير قفاز آلي قادر على خلق قوة قبضة تساعد الناس على الإمساك بالأشياء.

القفاز

يحتوي القفاز على وصلة سلكية تربط الأصابع ببعض محركات المؤازرة: يتم توصيل سلك بأطراف الإصبع وبالمؤازرة ، لذلك عندما تدور المؤازرة ، يتم سحب السلك وثني الإصبع. بهذه الطريقة ، من خلال التحكم في القبضة التي يقوم بها المستخدم من خلال بعض مستشعرات الضغط في أقصى الأصابع ، يمكننا تشغيل المحركات بطريقة محكومة ومساعدة الإمساك عن طريق ثني الإصبع بشكل متناسب مع دوران المحركات و لذلك نشمر الأسلاك. وبهذه الطريقة ، يجب أن نكون قادرين إما على السماح للضعفاء بالإمساك بالأشياء أو مساعدة الأشخاص في ظروف فسيولوجية على الإمساك بالأشياء والاحتفاظ بها دون أي جهد.

التصميم

تم تطوير النموذج لجعل حركة اليد حرة قدر الإمكان. في الواقع ، قمنا بطباعة ثلاثية الأبعاد فقط الأجزاء الضرورية للغاية التي نحتاجها لتوصيل الأسلاك والمحركات والأصابع.

لدينا قبة علوية مطبوعة بـ PLA على كل إصبع: هذا هو الجزء الطرفي حيث يجب توصيل الأسلاك ويجب أن تمنح الحماية لمستشعر الضغط المثبت بالداخل. يتم لصق مستشعر الضغط بالغراء الساخن بين طرف PLA والقفاز.

ثم لدينا حلقتان مطبوعتان ثلاثي الأبعاد ، لكل إصبع ، تشكلان دليلًا للأسلاك. الإبهام هو الإصبع الوحيد الذي يحتوي على حلقة واحدة مطبوعة فقط. يوجد سلك واحد لكل إصبع ، مطوي من المنتصف عند أطراف الأصابع. يمر النصفان عبر دليلي جزء القبة وفي كلتا الحلقتين: يتم وضعهما مباشرة في الثقوب التي صنعناها في الجزء الخارجي من هذه الحلقات. ثم يتم وضعهم معًا في عجلة متصلة مباشرة بالمحرك. تم تحقيق العجلة لتكون قادرة على الالتفاف حول الأسلاك: نظرًا لأن محركنا لديه دوران غير كامل (أقل من 180 درجة) ، فقد أدركنا العجلة من أجل سحب السلك لفجوة تبلغ 6 سم وهي المسافة اللازمة لإغلاق اليد تماما.

لقد قمنا أيضًا بطباعة لوحين لإصلاح محركات المؤازرة و arduino في الذراع. يجب أن يكون من الأفضل قطعها بالخشب أو البلاستيك الصلب باستخدام قاطع الليزر.

الخطوة 1: قائمة التسوق

قفاز وأسلاك:

1 قفاز موجود (يجب أن يكون قابل للخياطة)

الجينز القديم أو قطعة قماش أخرى صلبة

أسلاك نايلون

أنابيب البولي إيثيلين منخفضة الكثافة (القطر: 4 مم السماكة: 1 مم)

الإلكترونيات:

اردوينو اونو

1 بطارية 9 فولت + حامل بطارية 9 فولت

1 مفتاح كهربائي

1 فيروبورد

3 محركات مؤازرة (1 لكل إصبع)

3 مراوح (مزودة بالمضاعفات)

4 بطاريات AA + 4 حامل بطاريات AA

3 مستشعرات ضغط (1 لكل إصبع)

3 مقاومات 330 أوم (1 لكل إصبع)

6 أسلاك كهربائية (2 لكل مستشعرات)

البراغي والصواميل والتثبيتات:

4 M3 10mm طويلة (لإصلاح Arduino)

2 M2.5 12mm طويلة (لإصلاح حامل البطارية 9V)

6 حبات من الصواميل المقابلة

6 م 2 بطول 10 مم (2 لكل مؤازر لتثبيت العجلات على الماكينات)

12 رابط كبل صغير (لإصلاح الألواح والمفتاح)

7 روابط كبلات كبيرة (2 لكل محرك و 1 لحامل بطاريات AA)

الأدوات المستخدمة:

طابعة ثلاثية الأبعاد (Ultimaker 2)

مواد الخياطة

مسدس الغراء الساخن

اختياري: قطع الليزر

الخطوة 2: تحضير هيكل يمكن ارتداؤه

تم صنع الهيكل القابل للارتداء ببعض الملابس: في حالتنا استخدمنا قفازًا عاديًا للكهربائي وقطعة قماش جينز للهيكل حول المعصم. تم خياطتهم معًا.

الهدف هو الحصول على هيكل مرن يمكن ارتداؤه.

يجب أن يكون الهيكل أقوى من قفاز الصوف العادي لأنه يجب خياطته.

نحن بحاجة إلى هيكل يمكن ارتداؤه حول المعصم لتثبيت مزودي الطاقة والمشغلات ، ونحتاج إلى أن يكون مستقرًا ، لذلك اخترنا أن نجعل الإغلاق قابلًا للضبط من خلال تطبيق أشرطة فيلكرو (أشرطة ذاتية اللصق) على معصم الجينز.

تم خياطة بعض العصي الخشبية بالداخل لجعل الجينز أكثر صلابة.

الخطوة 3: تحضير الأجزاء الوظيفية

يتم تحقيق الأجزاء الصلبة من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد في PLA من ملفات.stl في الوصف:

خاتم إصبع x5 (بمقاييس مختلفة: مقياس 1x 100٪ ، مقياس 2x 110٪ ، مقياس 2x 120٪) ؛

أقصى إصبع x3 (بمقاييس مختلفة: مقياس 1x 100٪ ، مقياس 1x 110٪ ، مقياس 1x 120٪) ؛

عجلة للمحرك x3

بالنسبة لأجزاء الأصابع ، هناك حاجة إلى مقاييس مختلفة نظرًا لاختلاف حجم كل إصبع ولكل كتيبة.

الخطوة 4: إصلاح المستشعرات في الأطراف

يتم أولاً لحام مستشعرات الضغط بأسلاك الكابلات.

ثم يتم لصقها باستخدام مسدس الغراء داخل أطراف الإصبع: يتم وضع كمية صغيرة من الغراء داخل الطرف ، على الجانب مع الفتحتين ، ثم يتم تطبيق المستشعر على الفور مع الجزء النشط (الدائري) على الغراء (اجعل الوجه الكهروإجهادي داخل الهيكل والجزء البلاستيكي مباشرة على الغراء). يجب أن تمر أسلاك الكبل عبر الجزء العلوي من الإصبع إلى أسفله حتى يتم تشغيل الكابلات الكهربائية في الجزء الخلفي من اليد.

الخطوة 5: إصلاح الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد على القفاز

يجب خياطة جميع الأجزاء الصلبة (الأطراف ، الحلقات) في القفاز من أجل إصلاحها.

لوضع الحلقات بشكل صحيح ، قم أولاً بارتداء القفاز وحاول ارتداء الحلقات ، واحدة لكل كتيبة ، دون لمسها أثناء إغلاق اليد. تقريبًا ، سيتم تثبيت الحلقات الموجودة على الفهرس بمقدار 5 مم فوق قاعدة الإصبع و 17 إلى 20 مم فوق القاعدة الأولى. فيما يتعلق بالإصبع الأوسط ، ستكون الحلقة الأولى أعلى من قاعدة الإصبع بحوالي 8 إلى 10 مم ، والثانية أعلى بحوالي 20 مم فوق الأولى. بالنسبة لما يتعلق بالإبهام ، فإن الدقة المطلوبة منخفضة جدًا ، حيث لا توجد مخاطر للتداخل مع الحلقات الأخرى ، لذا حاول وضعها على القفاز البالي ، ارسم خطًا على القفاز حيث تفضل أن يكون لديك حلقة بحيث يمكنك بعد ذلك خياطته.

فيما يتعلق بالخياطة ، لا يلزم وجود تقنية أو قدرة معينة. باستخدام إبرة ، ينتقل خيط الخياطة في دوائر حول الحلقات ، ويمر عبر سطح القفاز. خطوة 3-4 مم بين فتحتين في القفاز تجعل بالفعل تثبيتًا قويًا بدرجة كافية ، وليست هناك حاجة لعمل خياطة كثيفة للغاية.

يتم تطبيق نفس التقنية لإصلاح الأطراف: الجزء العلوي من الطرف هو ثقب من أجل جعل الإبرة تمر بسهولة ، لذلك يجب فقط خياطة الأشكال المتصالبة الموجودة أعلى الإصبع على القفاز.

ثم يجب أيضًا إصلاح أدلة البولي إيثيلين باتباع ثلاثة معايير:

يجب أن تواجه النهاية البعيدة (التي تواجه الإصبع) في اتجاه الإصبع ، لتجنب الاحتكاكات العالية مع سلك النايلون الذي سيدخل بداخله ؛

يجب أن تكون النهاية البعيدة بعيدة بدرجة كافية بحيث لا تتداخل مع إغلاق اليد (حوالي 3 سم أقل من قاعدة الإصبع جيدة بما يكفي ، 4 إلى 5 سم للإبهام) ؛

يجب أن تمر الأنابيب عبر بعضها البعض بأقل قدر ممكن ، لتقليل الجزء الأكبر من القفاز بأكمله وحركة كل أنبوب

يتم تثبيتها بخياطتها على القفاز والمعصم بنفس التقنية المذكورة أعلاه.

لتجنب أي خطر من انزلاق حوض الخياطة ، تمت إضافة القليل من الغراء بين الأنابيب والقفازات.

الخطوة 6: قم بإعداد عجلات الماكينات

استخدمنا عجلات مصممة خصيصًا ، مرسومة وطباعة ثلاثية الأبعاد من قبل أنفسنا لهذا المشروع (ملف.stl في الوصف).

بمجرد طباعة العجلات ، يتعين علينا إصلاحها في مراوح الماكينات عن طريق الشد (مسامير M2 ، 10 مم). نظرًا لأن فتحات المراوح أصغر من قطرها 2 مم عن طريق شد M2 ، فلا حاجة إلى أي صواميل.

يمكن تطبيق المراوح الثلاثة على كل أجهزة.

الخطوة 7: إصلاح المحركات في الذراع

تتكون هذه الخطوة من تثبيت المحركات على الذراع ؛ من أجل القيام بذلك ، كان علينا طباعة لوحة PLA إضافية للحصول على الدعم.

في الواقع لا يمكن تثبيت المحركات مباشرة بالذراع لأن العجلات اللازمة لسحب الأسلاك يمكن أن تسد أثناء الحركة بسبب القفاز. لذلك قمنا بطباعة لوحة PLA ثلاثية الأبعاد بأبعاد 120x150x5 ملم.

ثم قمنا بتثبيت اللويحة على القفاز باستخدام بعض روابط الكابلات: قمنا بعمل بعض الثقوب في القفاز ببساطة باستخدام المقص ، ثم قمنا بعمل ثقوب في اللوحة البلاستيكية باستخدام مثقاب ووضعنا كل شيء معًا. هناك حاجة إلى أربعة ثقوب في اللوحة في المركز ، بين محيطها ، لتمرير روابط الكابلات. أنها مصنوعة من حفر. توجد هذه في الجزء المركزي وليست على جانبي اللوحة لتتمكن من إغلاق الجينز حول الذراع دون أن تسد اللوحة ذلك لأن اللوحة غير مرنة.

ثم يتم حفر ثقوب أخرى في اللوح البلاستيكي لإصلاح المحركات. تم إصلاح المحركات برباطي كبل متقاطعين. تمت إضافة بعض الغراء على جوانبها لضمان التثبيت.

يجب وضع المحركات بطريقة لا تتداخل فيها العجلات مع بعضها البعض. إذن هناك مفصولتان في الجانب الأيمن والأيسر من اليد: اثنان في جانب ، مع دوران العجلات في اتجاهين متعاكسين وواحد في الجانب الآخر.

الخطوة 8: الكود على Arduino

تم تطوير الكود بطريقة بسيطة: لتشغيل المحركات أو عدم تشغيلها. لا يتم تشغيل الماكينات إلا إذا تجاوزت القراءة قيمة معينة (تم إصلاحها من خلال التجارب والأخطاء لأن حساسية كل مستشعر ليست متطابقة تمامًا). هناك احتمالان للانحناء ، منخفض لقوة منخفضة وكامل لقوة قوية. بمجرد ثني الإصبع ، لن تكون هناك حاجة لقوة المستخدم للحفاظ على الإصبع في الموضع الفعلي. والسبب في هذا التطبيق هو أنه بخلاف ذلك فقد ذكر أن الأصابع تحتاج إلى تطبيق قوة باستمرار على المستشعرات والقفاز لا يعطي أي ميزة. لتحرير ثني الإصبع ، يجب تطبيق قوة جديدة على مستشعر الضغط ، حيث يعمل أمر إيقاف.

يمكننا تقسيم الكود إلى ثلاثة أجزاء:

تهيئة المستشعرات:

بادئ ذي بدء ، قمنا بتهيئة ثلاثة متغيرات صحيحة: قراءة 1 ، قراءة 2 ، قراءة 3 لكل مستشعر. تم وضع المستشعرات في المدخلات التناظرية A0 و A2 و A4 ، ويتم تعيين كل متغير للقراءة على النحو التالي:

• read1 حيث تكتب القيمة المقروءة في الإدخال A0 ،
• Reading2 حيث تكتب القيمة المقروءة في الإدخال A2 ،
• Reading3 حيث تكتب القيمة المقروءة في الإدخال A4

يتم تثبيت عتبتين بإصبع يقابلان موقعي تشغيل الماكينات. تختلف هذه العتبات لكل إصبع نظرًا لأن القوة المطبقة ليست هي نفسها لكل إصبع وحساسية أجهزة الاستشعار الثلاثة ليست هي نفسها تمامًا.

بداية المحركات:

ثلاثة متغيرات char (save1 ، save2 ، save3) ، واحد لكل محرك يتم تهيئته عند 0. ثم في الإعداد حددنا المسامير حيث نقوم بتوصيل المحركات على التوالي: pin 9 ، pin 6 and pin 3 for servo1 ، servo2 ، servo3 ؛ كل شيء مهيأ بقيمة 0.

ثم يتم تشغيل الماكينات من خلال الأمر servo.write () القادر على إصلاح الزاوية المستلمة كمدخلات على المؤازرة. أيضًا من خلال التجارب والأخطاء ، تم العثور على الزاويتين الجيدتين اللازمتين لثني الإصبع في وضعين يقابلان قبضة صغيرة وقبضة كبيرة.

نظرًا لأن أحد المحركات يحتاج إلى الدوران في الاتجاه المعاكس بسبب تثبيته ، فإن نقطة انطلاقه ليست صفرًا ولكن الزاوية القصوى وتنخفض عندما يتم تطبيق القوة لتكون قادرًا على الدوران في الاتجاه المعاكس.

الربط بين المستشعرات والمحركات:

يعتمد اختيار الحفظ 1 ، الحفظ 2 ، الحفظ 3 والقراءة 1 ، القراءة 2 ، القراءة 3 على اللحام. ولكن لكل إصبع ، يجب أن يكون لكل من المستشعر والمحرك نفس الرقم.

ثم في الحلقة ، إذا تم استخدام الشروط لاختبار ما إذا كان الإصبع في وضع الانحناء بالفعل أم لا وما إذا كان الضغط مطبقًا أم لا على المستشعرات. عندما تقوم المستشعرات بإرجاع قيمة ما ، يجب تطبيق قوة ولكن هناك حالتان مختلفتان ممكنتان:

• إذا لم يتم ثني الإصبع بعد ، بمقارنة هذه القيمة التي أرجعها المستشعرون إلى العتبات ، فسيتم تطبيق الزاوية المقابلة على المؤازرة.
• إذا تم ثني الإصبع بالفعل ، فهذا يعني أن المستخدم يريد تحرير الانحناء ثم يتم تطبيق زاوية البداية على الماكينات.

يتم ذلك لكل محرك.

ثم أضفنا تأخيرًا قدره 1000 مللي ثانية لتجنب اختبار قيم المستشعرات كثيرًا. إذا تم تطبيق قيمة تأخير صغيرة جدًا ، فمن المخاطرة بإعادة فتح اليد مباشرة بعد إغلاقها في حالة استخدام القوة خلال وقت أطول من وقت التأخير.

يتم عرض كل العمليات الخاصة بجهاز استشعار واحد في مخطط التدفق هنا أعلاه.

كامل الكود

# تتضمن أجهزة مؤازرة 1 ؛ أجهزة مؤازرة 2 ؛ أجهزة مؤازرة 3 ؛ قراءة كثافة العمليات 1 ؛ قراءة كثافة العمليات 2 ؛ قراءة كثافة العمليات 3 ؛ شار save1 = 0 ؛ // تبدأ المؤازرة في الحالة 0 ، حالة السكون char save2 = 0 ؛ char save3 = 0 ؛ إعداد باطل (باطل) {Serial.begin (9600) ؛ servo2.attach (9) ؛ // مؤازرة في رقم التعريف الشخصي 9 servo2.write (160) ؛ // نقطة أولية لـ servo1.attach (6) ؛ // servo at digital pin 6 servo1.write (0) ؛ // نقطة أولية لـ servo3.attach (3) ؛ // مؤازرة في Digital pin 3 servo3.write (0) ؛ // نقطة أولية للمؤازرة

}

حلقة باطلة (باطلة) {reading1 = analogRead (A0) ؛ // تعلق بالتناظرية 0 Reading2 = analogRead (A2) ؛ // مرفقة بالقراءة التناظرية 2 = القراءة التناظرية (A4) ؛ // تعلق على التناظرية 4

// if (reading2> = 0) {Serial.print ("Sensor value =")؛ // مثال على الأمر المستخدم لمعايرة عتبات المستشعر الأول

// Serial.println (Reading2) ؛ } // else {Serial.print ("Sensor value =") ؛ Serial.println (0) ، }

if (reading1> 100 and save1 == 0) {// إذا حصل المستشعر على قيمة عالية ولم يكن في حالة السكون save1 = 2 ؛ } // انتقل إلى الحالة 2 else if (reading1> 30 and save1 == 0) {// إذا حصل المستشعر على قيمة متوسطة ولم يكن في حالة سكون save1 = 1 ؛ } // حصلت على الحالة 1 else if (reading1> 0) {// إذا كانت القيمة غير صفرية ولم يتم تصحيح أي من الشروط السابقة save1 = 0 ؛} // انتقل إلى حالة السكون

إذا (save1 == 0) {servo1.write (160) ؛ } // release else if (save1 == 1) {servo1.write (120) ؛ } // زاوية متوسطة لسحب آخر {servo1.write (90) ؛ } // أقصى زاوية للسحب

if (reading2> 10 and save2 == 0) {// نفس المؤازرة 1 save2 = 2 ؛ } else if (reading2> 5 and save2 == 0) {save2 = 1 ؛ } else if (reading2> 0) {save2 = 0؛}

إذا (save2 == 0) {servo2.write (0) ؛ } else if (save2 == 1) {servo2.write (40) ؛ } else {servo2.write (60) ؛ }

if (reading3> 30 and save3 == 0) {// نفس المؤازرة 1 save3 = 2 ؛ } else if (reading3> 10 and save3 == 0) {save3 = 1 ؛ } else if (reading3> 0) {save3 = 0؛}

إذا (save3 == 0) {servo3.write (0) ؛ } else if (save3 == 1) {servo3.write (40) ؛ } else {servo3.write (70) ؛ } تأخير (1000)؛ } // انتظر لحظة

الخطوة 9: إصلاح Arduino والبطاريات و Veroboard في الذراع

تم طباعة لوحة أخرى في PLA لتتمكن من إصلاح حوامل البطاريات و arduino.

أبعاد اللوحة: 100x145x5mm.

توجد أربعة ثقوب لبرغي اردوينو واثنتان لربط حامل البطارية 9 فولت. تم عمل فتحة في حامل البطارية 6 فولت وفي اللوحة لاستخدام ربطة كبل لتثبيتها معًا. تمت إضافة بعض الغراء لضمان تثبيت هذا الحامل. تم إصلاح المفتاح بربطي كبل صغير.

هناك أيضًا أربعة ثقوب تستخدم لتثبيت اللوحة على الجينز باستخدام روابط الكابلات.

يتم وضع لوح فيروبورد على اردوينو مثل الدرع.

الخطوة 10: قم بتوصيل الإلكترونيات

الدائرة ملحومة على اللوح الخشبي كما هو مذكور في المخطط أعلاه.

يحتوي Arduino على بطارية 9 فولت كمصدر ومفتاح متصل بينهما لتتمكن من إيقاف تشغيل Arduino. هناك حاجة إلى بطارية 6 فولت لمحرك سيرفو الذي يحتاج إلى الكثير من التيار ويتم توصيل الدبوس الثالث من الماكينات في دبابيس 3 و 6 و 9 للتحكم بها باستخدام PWM.

يتم توصيل كل مستشعر على جانب بواسطة 5V من Arduino وعلى الجانب الآخر بواسطة مقاوم 330 أوم متصل بالأرض والدبابيس A0 و A2 و A4 لقياس التوتر.

الخطوة 11: أضف أسلاك النايلون

تم تصنيع أسلاك النايلون لتمرير كل من الثقوب الموجودة على الأطراف والحلقات كما هو موضح في الصورة ، ثم يدخل نصفا السلك داخل دليل البولي إيثيلين ويظلان معًا حتى نهاية الدليل ، إلى المحرك. يتم تحديد طول الأسلاك في هذه المرحلة ، يجب أن تكون طويلة بما يكفي للدوران بمجرد أن تكون عجلة المؤازرة بأصابع مستقيمة.

يتم تثبيتها على العجلات بواسطة عقدة تمر عبر فتحتين صغيرتين موجودتين في ملفات stl. ومع الغراء الساخن لمزيد من الثبات.

الخطوة 12: استمتع

يعمل كما هو متوقع.

في النبضة الأولى ، تنحني الإصبع وفي الثانية تطلقه. لا حاجة للقوة عند ثني الأصابع.

ومع ذلك ، لا تزال هناك ثلاث مشاكل:

- يجب أن نكون حريصين على جعل النبضة أقصر من ثانية واحدة لتشغيل الماكينات وإلا يتم تحرير الأسلاك فورًا بعد السحب كما هو موضح في الخطوة 8 حول كود Arduino.

- الأجزاء البلاستيكية تنزلق قليلاً لذا أضفنا بعض الغراء الساخن في الأطراف لإضافة احتكاك.

- إذا كان هناك حمل ثقيل على الإصبع ، فسيكون للمستشعر قيمة كبيرة طوال الوقت ، وبالتالي ستدور المؤازرة باستمرار.