Stemmestyrt robothånd: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Denne instruktøren forklarer hvordan du bygger en stemmestyrt robothånd ved hjelp av en Arduino Uno R3, en HC-06 Bluetooth-modul og fem trinnmotorer. [1]

Bluetooth-talekommandoer sendes fra din Android-mobiltelefon til Arduino Uno R3-tolken som styrer hånden.

MIT AppInventor 2 ble brukt til å skrive Android-appen som utnytter kraften til Google-tale-til-tekst. [2]

Hånden, som er laget av en lengde på 20 mm x 3 mm aluminiumsekstrudering og en wire-kleshenger, ble konstruert for å teste noen ideer. Konstruksjonsteknikk og kode kan være av interesse for andre.

Funksjoner inkluderer:

• Enkel å lage
• Individuelle fingerbevegelser
• Gruppefingerbevegelser
• Programmerbare håndformer for ulike oppgaver
• Lett
• Hver finger er kabeldrevet …
• Fungerer under vann hvis det er nødvendig (ingen motorer skal kortsluttes)

Ekskludert mobiltelefonen din, er den estimerte kostnaden for å bygge dette prosjektet mindre enn $ 100

Bilder

Foto 1 viser den mekaniske hånden.

Foto 2 viser hånden festet til motorenheten.

Bilde 3 viser Bluetooth-kontrolleren (mobiltelefon)

Foto 4 er et skjermbilde som viser en typisk dialog

Videoen demonstrerer den stemmestyrte hånden i aksjon

Merknader

[1]

Trinnmotorene er fra tidligere prosjekter. Servomotorer bør fungere like godt med noen få kodeendringer.

[2]

MIT AppInventor 2 er fritt tilgjengelig fra

VTT.apk -appen (Voice To Text) og VTT.aia -koden for dette prosjektet presenteres i denne instruksjonsboken hvis du ønsker å tilpasse den.

Trinn 1: Deleliste

Følgende deler ble hentet fra

• 1 bare Arduino UNO R3 med USB -kabel
• 1 eneste prototype PCB -brødbrett for Arduino UNO R3
• 1 bare HC-06 Bluetooth-modul
• 5 bare 17HS3430 Nema17 12 volt trinnmotorer
• 5 bare Big Easy Driver v1.2 A4988 Stepper Motor Driver Boards
• 5 bare GT2 20 tann Aluminium Timing Remskiveboring 5mm Bredde 6mm med Skrue
• 5 bare GT2 tomgangskivehull 4 mm med lager for GT2 tannrem bredde 6 mm 20 tenner
• 5 bare GT2 Closed Loop Registerreim Gummi 6mm 160mm
• 1 bare pkt 120stk 10cm hann til mann + mann til hunn og hunn til hunn jumper wire Dupont kabel for Arduino diy kit

Følgende deler ble hentet lokalt:

• 1 bare lengde 20 mm x 3 mm aluminium ekstrudering
• 1 bare 120 mm x 120 mm stykke aluminium
• 1 bare 200 mm x 100 mm x 6 mm komposisjonstavle (for hånd- og håndleddsforlengelse)
• 1 bare 500 mm x 500 mm x 6 mm komposisjonstavle (for bunnplate)
• 1 bare kort lengde (ca. 520 mm) skrap 18 mm x 65 mm tømmer (for benplater)
• 1 kleshenger bare (ca. 2,4 mm i diameter)
• 1 gardintråd på bare lengde
• 1 bare gardinøye
• 1 bare rulle 30lb nylon fiskelinje
• 1 bare kort lengde med hattelastikk
• 1 bare pkt kabelbinder
• 1 bare 1200 ohm 1/8 watt motstand
• 1 bare 2200 ohm 1/8 watt motstand
• 1 bare 1N5408 3 amp strømdiode
• 1 bare SPST -bryter (enkeltpolet enkeltkast)
• 1 bare 2-pinners PCB-rekkeklemme
• 15 bare M3 x 9 mm gjengede nylonstøtter
• 30 bare M3 x 5 mm bolter (for nylonavstand)
• 30 bare M3 x 10 mm bolter (for fingre og motorfester)
• 2 bare M4 x 15 mm bolter (for håndleddsforlengelse)
• 5 bare M4 x 30 mm bolter (for tomgangshjul)
• 17 bare M4 muttere (for tomgangshjul)
• 12 bare treskruer (for benplater)

Den estimerte kostnaden for disse delene er mindre enn $ 100

Trinn 2: Kretsdiagram

Kretsdiagrammet for robothånden er vist på bilde 1

Den matchende motoren / Bluetooth -skjoldet er vist på bilde 2

The Big Easy Drivers er vist på bilde 3.

Big Easy Driver-motorstyringene støtter daisy-chain-ledninger

Motorkabler

Det kan være nødvendig å reversere de to senterledningene fra hver 17HS3430 Nema17 12 volt stepper motorer ettersom Big Easy Driver v1.2 A4988 stepper motor driver boards forventer at ledningene fra hver av spiralviklingene skal være tilstøtende.

For å oppnå dette er det nødvendig å bytte de to senterledningene fra hver motor (foto 4).

Standard fargesekvens for 17HS3430 -kablene (for mine motorer) er rød, blå, grønn, svart. Fargesekvensen etter endringen er rød, grønn, blå, svart.

Den røde, grønne viklingen er koblet til “A” -terminalene til Big Easy Driver.

Den blå, svarte viklingen er festet til “B” -terminalene til Big Easy Driver.

Store enkle drivergrenser

Strømgrensen for hver av de store enkle driverne må settes til 400mA (milliampere).

For å oppnå dette:

1. Slå av strømmen [1]
2. Koble fra Arduino
3. Koble fra hver motorkabel
4. Drei hver av gjeldende grensepotensiometre på A4988 Big Easy Driver Boards helt med klokken
5. Påfør 12 volt på Big Easy Drivers … du bør få en nåværende avlesning mellom 90mA og 100mA. Dette er strømmen som tegnes av lysdioder.
6. Slå av 12 volt strømforsyningen [1]
7. Koble "tommel" -motoren til, slå på strømmen og juster strømmen til 490mA
8. Slå av 12 volt strømforsyningen [1]
9. Koble fra tommelmotoren.
10. Gjenta trinn 6, 7, 8, 9 for hver av de resterende motorene

Koble alle motorkabler til de respektive kontrollerne.

Den totale strømmen vil være litt over 2 ampere når strøm tilføres

Merk

[1]

ALDRI plugg eller trekk ut en trinnmotor med strømmen på. Det induktive "sparket" (spenningspike) vil sannsynligvis skade kontrollerne.

Trinn 3: Hånd… Konsept

Min første robothånd, beskrevet i https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, har mange små deler og bruker duct-tape for leddene.

Denne alternative hånden er mer robust, har færre deler og er lettere å lage.

Bildene ovenfor viser det grunnleggende konseptet … hvis du fjerner senterbolten fra en strømavtaker har "skjøten" minst 90 graders rotasjon [1]

Merk

[1]

Jeg hadde tenkt å bruke strømavtakerarmen i aktuatorplotteren min https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo…, men forlot ideen da det var for mye uønsket bevegelse på grunn av det store antallet ledd.

Trinn 4: Hånd… Prototype

Bildene ovenfor viser hvordan en "finger" kan lages av en lengde av aluminiumsekstrudering og en wire-kleshenger.

Fugen har en jevn virkning og er bemerkelsesverdig solid.

Det er ikke nødvendig med muttere og bolter … en loddeklatt på hver ende av ledningen holder dem på plass.

Trinn 5: Hånd … Konstruksjon

Få verktøy kreves for å lage denne hånden … bare en hacksag, noen få øvelser og en fil.

Trinn 1

• Spor en kontur av hånden din på papir. (bilde 1)
• Merk "knok-linjen" og hoved "fingerleddene"
• Ignorer fingertuppene … de bøyer vanligvis ikke så mye … en skråkant er tilstrekkelig. Hvis det er nødvendig med en liten bøyning, kan den legges til senere.

Steg 2

• Klipp fingerlengdeseksjoner fra aluminiumekstruderingen (foto 2)
• Bor fire hull i diameter på en kleshenger… ett i hvert hjørne av aluminiumekstruderingen. (bilde 4)
• Bor et hull med mindre diameter bak hvert av de første hullene. Disse brukes til hattelastikken og nylon -senene. (bilde 4)
• Klipp trådlengder fra kleshengeren og bøy hver ende 90 grader
• Kryss ledningene når du kobler sammen aluminiumsfingerpartiene. Ledningene settes inn fra motsatte sider.
• Fest ledningene ved å påføre loddetinn på hver trådende. Ikke bekymre deg for loddetinn som holder seg til aluminiumet … det gjør det ikke.
• Fjern eventuell loddefluks fra leddene ved hjelp av mineral terpentin (eller lignende), og påfør deretter en dråpe symaskinolje. Tørk av overflødig olje med et papirhåndkle.

Trinn 3

• Fest hver finger til hånden av tre ved hjelp av "L" -formede aluminiumsbraketter laget av et skrap av aluminiumsark.
• Fil ryggstoppene slik at fingrene er rette når de er helt forlenget. (bilde 4)

Trinn 4

Fest tommelen (foto 2). Tommelbraketten ser komplisert ut, men er rett og slett et "L" -formet stykke aluminiumsskåret i en vinkel. 90-graders bøyning blir deretter kuttet og endene sprettet ut

Trinn 5

• Fest et stykke hattelastikk mellom de resterende topphullene (foto 4).
• Juster spenningen til fingrene bare strekker seg.

Trinn 6

• Fest nylon sener (fiskesnøre) til nedre fingerhull.
• Pass hver nylonsen om hullene med en diameter på 2 mm bores i et (buet) treverk. Disse hullene fungerer som gardinøyne. (bilde 2)

Trinn 7:

Et gardinøye brukes for å endre retningen på nylon tommel-senen. Gardinøyet er skrudd inn i et M3 gjenget nylonstativ som ligger på den andre siden av hånden

Trinn 6: Programvare … Android

Bilde 1 viser MIT AppInventor 2 "Design" -skjermbildet for min VTT (Voice-To-Text) -applikasjon.

Bilde 2 viser "Blokker" som brukes i denne applikasjonen.

Bilder 3 og 4 er den lille-p.webp

Leser koden

• De to øverste venstre "blokker" kobler telefonen til Arduino når du trykker på "Bluetooth" -knappen.
• De to midterste "blokkene" til venstre sender talekommandoen til arduinoen når du trykker på "mikrofon" -knappen. Teksten er opprettet ved hjelp av Google Speech_To_Text.
• Alle talekommandoer vises som tekst over "mikrofon" -ikonet.
• De to nederste venstre "blokkene" overfører denne teksten til "tilpasset" -knappen hvis du ønsker å gjenta en kommando når du tester.
• De nederste to høyre blokker sender ordene "åpen" og "lukk" til hånden. Jeg trodde disse ville være nyttige når jeg testet.
• De tre øverste høyre "blokkene" styrer timingen.

VTT.apk

Den vedlagte VTT.apk -filen er selve Android -telefonprogrammet.

Slik installerer du VTT.apk:

• Kopier VTT.apk til telefonen din (eller send den til deg selv som et vedlegg)
• Endre telefoninnstillingene slik at tredjepartsapper kan installeres
• Last ned et APK -installasjonsprogram fra
• Kjør installasjonsprogrammet.

VTT.aia

En alternativ metode for å installere koden er å:

• opprette en MIT AppInventor -konto
• Last ned og installer MIT AppInventor 2 fra
• Last ned og installer "MIT AI2 Companion" fra https://play.google.com/store til telefonen.
• Etterlign bilde 1 på "Design" -skjermen
• Repliker blokkene vist på bilde 2
• Kjør "MIT AI2 Companion" på telefonen
• Klikk "Bygg | App (oppgi QR -kode for.apk)”
• Klikk på QR -alternativet på telefonen når QR -koden vises
• Følg instruksjonene.

Trinn 7: Arduino -programvare

Installasjonsinstruksjoner

Last ned den vedlagte filen “VTT_voice_to_text_7.ino”

Kopier filinnholdet til en ny Arduino -skisse og lagre.

Last opp skissen til din Arduino.

Designnotater

Det engelske språket er ekstremt komplekst.

Ofte er det flere måter å si det samme på. I de følgende eksemplene har "hånd" og fingre "samme betydning:

• “Åpne hånden” ……………………………………… refererer til hånden din
• “Åpne fingrene” …………………………………… refererer til hånden din

Men søkeord kan også ha forskjellige betydninger:

• “Åpne fingrene” ………………………………….. refererer til hånden din
• “Åpne pekefingeren og langfingrene” ………… refererer til spesifikke fingre

Meningsfulle kommandoer krever minst to søkeord. Følgende kommandoer resulterer ikke i en håndhandling, ettersom de bare har ett søkeord:

• “Åpne” …………………………………………………….. ett søkeord “åpne” [1]
• “Gi meg en hånd” ………………………………………. Ett nøkkelord “hånd”
• “Gi meg en nøkkel” ………………………………… ett nøkkelord “hånd”

For å tolke disse kommandoene har jeg gruppert søkeord med lignende betydninger som følger:

• Flere fingre: "hånd", "fingre", "åpen", "lukk", "slipp" [1]
• Spesifikke fingre: "tommel", "indeks", "midten", "ring", "liten"
• Åpne fingre: "åpne", "heve", "forlenge", "slippe" [1]
• Lukk fingre: "Lukk", "Senk" [1]
• Oppgaver: "bær", "hold", "velg", "demo", "kalibrer"

Hver søkeordgruppe er knyttet til et "flagg". For å tolke naturlig tale blir et flagg eller en flagggruppe utløst når et søkeord oppdages. Taletolken trenger bare å se på flaggkombinasjonene for å finne ut hvilke handlinger som kreves.

Rekursjon

Rekursjon oppstår når en kommando kaller seg en eller flere ganger.

La oss anta at noen av fingrene er forlenget og noen er lukket. La oss også anta at du vil ha tommelen forlenget og fingrene lukket som når du bærer noe.

Metode 1

Følgende to talekommandoer vil oppnå dette:

• "Åpne hånden"
• "Lukk indeksringen og små fingre"

Metode 2

I stedet for å utstede to separate kommandoer kan du opprette en "carry ()" oppgave:

Bær dette for meg

Denne kommandoen aktiverer "carry ()" -funksjonen som deretter utsteder:

• prosess ("åpne hånden");
• prosess ("lukk indeksringen og små fingre")

Denne rekursive handlingen gjør det mulig å lage komplekse håndformer.

Merk

[1]

For enkelhets skyld har jeg programmert tolken til å godta “åpne”, lukke og “slippe” som kommandoer med ett ord.

Trinn 8: Oppsummering

Denne instruksjonsboken viser hvordan en robothånd kan konstrueres av en kort lengde av aluminiumsekstrudering og en wire-kleshenger.

Hånden ble konstruert for å teste noen ideer. Ørepropper er festet til fingertuppene for å forbedre grepet.

Funksjoner inkluderer:

• Enkel å lage
• Hver finger er kabelbetjent.
• Individuelle fingerbevegelser
• Gruppefingerbevegelser
• Programmerbare håndformer for ulike oppgaver
• Lav kostnad
• Lett
• Fungerer under vann hvis det er nødvendig (ingen motorer skal kortsluttes)

Hver finger er kabelbetjent. Nylon fiskelinje brukes til senene som hver mates gjennom en lengde på fleksibel gardintråd.

Foto 2 i introduksjonsdelen viser to kabler … den ene med 2 sener … den andre med tre. Dette er greit hvis bøyeradiusen er stor ellers har fingrene en tendens til å feste seg når kablene bøyes. Dette ble overvunnet ved å bruke fem separate kabler i videoen

Mens nylon fiskesnøre fungerer, har den en tendens til å strekke seg. Rustfritt stål fiskespor ville være et bedre valg … Jeg har en rulle på bestilling.

Aktuatorene er laget av trinnmotorer og endeløse belter. Senene festes til drivreimene ved hjelp av en kabelbinder.

Dette prosjektet bør fungere like godt med servomotorer. Mindre kodeendringer vil være nødvendig hvis du velger å bruke servoer.

Bluetooth-talekommandoer blir sendt til Arduino fra en Android-mobilapp.

Koden for mobiltelefonappen ble utviklet ved hjelp av MIT AppInventor 2 og er publisert i denne instruksjonsboken.

Arduino stemmetolk er ekstremt pålitelig. Koden, som er inkludert i denne instruksen, kan være nyttig i andre prosjekter.

Ekskludert mobiltelefonen din, er den estimerte kostnaden for å bygge dette prosjektet mindre enn $ 100

Klikk her for å se mine andre instrukser.