Bàn tay robot điều khiển bằng giọng nói: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tài liệu hướng dẫn này giải thích cách chế tạo bàn tay robot điều khiển bằng giọng nói bằng Arduino Uno R3, mô-đun Bluetooth HC-06 và năm động cơ bước. [1]

Lệnh thoại Bluetooth được gửi từ điện thoại di động Android của bạn tới trình thông dịch Arduino Uno R3 điều khiển bàn tay.

MIT AppInventor 2 được sử dụng để viết ứng dụng Android khai thác sức mạnh của Google-Speech-To-Text. [2]

Bàn tay, được làm từ nhôm định hình dài 20mm x 3mm và một chiếc mắc áo bằng dây, được chế tạo để thử nghiệm một số ý tưởng. Các kỹ thuật và mã xây dựng có thể được những người khác quan tâm.

Các tính năng bao gồm:

• Đơn giản để làm
• Các cử động ngón tay cá nhân
• Nhóm cử động ngón tay
• Hình dạng bàn tay có thể lập trình cho các tác vụ khác nhau
• Trọng lượng nhẹ
• Mỗi ngón tay được vận hành bằng cáp…
• Hoạt động dưới nước cần thiết (không có động cơ để ngắn)

Không bao gồm điện thoại di động của bạn, chi phí ước tính để xây dựng dự án này là dưới 100 đô la

Hình ảnh

Ảnh 1 cho thấy bàn tay cơ khí.

Ảnh 2 cho thấy bàn tay được gắn vào cụm mô-tơ.

Ảnh 3 hiển thị bộ điều khiển giọng nói Bluetooth (điện thoại di động)

Ảnh 4 là ảnh chụp màn hình hiển thị một hộp thoại điển hình

Video trình diễn hoạt động của bàn tay điều khiển bằng giọng nói

Ghi chú

[1]

Các động cơ bước là từ các dự án trước đây. Động cơ servo sẽ hoạt động tốt như nhau với một vài thay đổi mã.

[2]

MIT AppInventor 2 được cung cấp miễn phí tại

Ứng dụng VTT.apk (Thoại thành văn bản) và mã VTT.aia cho dự án này được trình bày trong tài liệu hướng dẫn này nếu bạn muốn điều chỉnh nó.

Bước 1: Danh sách bộ phận

Các phần sau được lấy từ

• 1 duy nhất Arduino UNO R3 với cáp USB
• 1 Bảng mạch nguyên mẫu PCB duy nhất cho Arduino UNO R3
• 1 Mô-đun Bluetooth HC-06 duy nhất
• 5 chỉ 17HS3430 Nema17 Động cơ bước 12 volt
• 5 chỉ có Bo mạch điều khiển động cơ bước Big Easy Driver v1.2 A4988
• 5 chỉ GT2 20 răng Ròng rọc định thời bằng nhôm Đường kính 5mm Chiều rộng 6mm với vít
• 5 chỉ GT2 Idler Pulley Lỗ khoan 4mm với bạc đạn cho đai thời gian GT2 Chiều rộng 6mm 20Teeth
• 5 chỉ GT2 Dây đai thời gian khép kín Cao su 6mm 160mm
• 1 chỉ pkt 120 chiếc 10cm nam sang nam + nam sang nữ và dây nhảy nữ sang nữ Cáp Dupont cho bộ dụng cụ tự làm Arduino

Các bộ phận sau được lấy tại địa phương:

• 1 chỉ dài 20mm x 3mm đùn nhôm
• 1 mảnh nhôm vụn chỉ 120mm x 120mm
• 1 bảng thành phần chỉ 200mm x 100mm x 6mm (để mở rộng bàn tay và cổ tay)
• 1 bảng thành phần chỉ 500mm x 500mm x 6mm (cho tấm đế)
• 1 chỉ có chiều dài ngắn (khoảng 520mm) gỗ vụn 18mm x 65mm (đối với chân tấm đế)
• 1 giá treo áo khoác duy nhất (đường kính khoảng 2,4mm)
• 1 dây rèm dài duy nhất
• 1 mắt rèm duy nhất
• 1 chỉ cuộn dây câu nylon 30lb
• 1 chỉ độ dài ngắn của mũ-thun
• 1 dây cáp pkt duy nhất
• 1 điện trở chỉ 1200 ohm 1/8 watt
• 1 điện trở chỉ 2200 ohm 1/8 watt
• 1 diode công suất 1N5408 3 amp duy nhất
• 1 công tắc SPST duy nhất (ném đơn cực đơn)
• 1 khối đầu cuối PCB 2 chân duy nhất
• 15 chân đế nylon ren chỉ M3 x 9mm
• 30 bu lông chỉ M3 x 5mm (đối với chân đế nylon)
• 30 bu lông chỉ M3 x 10mm (dành cho ngón tay và giá gắn động cơ)
• 2 chỉ M4 x 15mm bu lông (để mở rộng cổ tay)
• 5 bu lông chỉ M4 x 30mm (cho ròng rọc chạy không tải)
• 17 đai ốc M4 chỉ (cho ròng rọc chạy không tải)
• 12 vít gỗ chỉ (đối với chân tấm đế)

Chi phí ước tính của những bộ phận này dưới 100 đô la

Bước 2: Sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch cho tay robot được hiển thị trong ảnh 1

Động cơ / lá chắn Bluetooth phù hợp được hiển thị trong ảnh 2

Các Trình điều khiển Dễ dàng Lớn được hiển thị trong ảnh 3.

Bộ điều khiển động cơ Big Easy Driver hỗ trợ hệ thống dây nối chuỗi

Dây động cơ

Có thể cần phải đảo ngược hai dây tâm từ mỗi động cơ bước 17HS3430 Nema17 12 volt vì bảng điều khiển động cơ bước Big Easy Driver v1.2 A4988 mong muốn các dây từ mỗi cuộn dây nằm liền kề nhau.

Để đạt được điều này, cần phải hoán đổi hai dây tâm từ mỗi động cơ (ảnh 4).

Chuỗi màu mặc định cho cáp 17HS3430 (đối với động cơ của tôi) là đỏ, xanh dương, xanh lá cây, đen. Chuỗi màu sau sửa đổi là đỏ, lục, lam, đen.

Cuộn dây màu đỏ, xanh lá cây được kết nối với các đầu cuối "A" của Trình điều khiển dễ dàng lớn.

Dây quấn màu xanh, đen được gắn vào các đầu cuối “B” của Big Easy Driver.

Giới hạn hiện tại của trình điều khiển lớn dễ dàng

Giới hạn hiện tại trên mỗi Trình điều khiển dễ dàng lớn phải được đặt thành 400mA (mili-ampe).

Để đạt được điều này:

1. Tắt nguồn [1]
2. Rút phích cắm Arduino của bạn
3. Rút từng cáp động cơ
4. Xoay từng chiết áp giới hạn dòng điện trên A4988 Big Easy Driver Boards hoàn toàn theo chiều kim đồng hồ
5. Áp dụng 12 volt cho các Trình điều khiển dễ dàng lớn… bạn sẽ nhận được giá trị hiện tại giữa 90mA và 100mA. Đây là dòng điện được vẽ bởi đèn LED.
6. Tắt nguồn 12 volt [1]
7. Cắm động cơ “Ngón tay cái” vào, cấp nguồn và điều chỉnh dòng điện cung cấp thành 490mA
8. Tắt nguồn 12 volt [1]
9. Rút phích cắm của động cơ Ngón cái.
10. Lặp lại các bước 6, 7, 8, 9 cho từng động cơ còn lại

Cắm tất cả các cáp động cơ vào bộ điều khiển tương ứng của chúng.

Tổng dòng điện cung cấp sẽ chỉ hơn 2 ampe khi cấp nguồn

Ghi chú

[1]

KHÔNG BAO GIỜ cắm hoặc rút phích cắm của động cơ bước có nguồn điện được sử dụng. “Đá” cảm ứng (tăng vọt điện áp) có thể làm hỏng bộ điều khiển.

Bước 3: Tay… Khái niệm

Bàn tay robot đầu tiên của tôi, được mô tả trong https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, có nhiều bộ phận nhỏ và sử dụng băng keo cho các khớp.

Bàn tay thay thế này chắc chắn hơn, có ít bộ phận hơn và dễ chế tạo hơn.

Các bức ảnh trên cho thấy khái niệm cơ bản… nếu bạn tháo chốt trung tâm khỏi một bảng chữ cái, “khớp” sẽ quay tối thiểu 90 độ [1]

Ghi chú

[1]

Tôi định sử dụng pantograph-arm trong máy vẽ cơ cấu truyền động của mình https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo… nhưng đã từ bỏ ý định vì có quá nhiều chuyển động không mong muốn do số lượng lớn các khớp nối.

Bước 4: Tay… Nguyên mẫu

Những bức ảnh trên cho thấy cách một "ngón tay" có thể được tạo ra từ chiều dài của nhôm đùn và một chiếc mắc áo bằng dây.

Các khớp hoạt động trơn tru và rất chắc chắn.

Không cần đai ốc và bu lông… một đốm hàn trên mỗi đầu dây sẽ cố định chúng vào đúng vị trí.

Bước 5: Tay… Thi công

Cần có rất ít công cụ để làm ra bàn tay này… chỉ cần một cái cưa, một vài bài tập và một tập tin.

Bước 1

• Vẽ đường viền bàn tay của bạn lên giấy. (ảnh 1)
• Đánh dấu "đường khớp ngón tay" và "khớp ngón tay" chính của bạn
• Bỏ qua đầu ngón tay của bạn … chúng thường không uốn cong nhiều như vậy … một góc xiên là đủ. Nếu cần uốn cong nhẹ có thể bổ sung sau.

Bước 2

• Cắt các đoạn dài bằng ngón tay từ nhôm đùn (ảnh 2)
• Khoan bốn lỗ có đường kính của mắc áo… mỗi lỗ ở mỗi góc của đùn nhôm. (ảnh 4)
• Khoan một lỗ có đường kính nhỏ hơn phía sau mỗi lỗ đầu tiên. Chúng được sử dụng cho mũ đàn hồi và các sợi nylon. (ảnh 4)
• Cắt chiều dài của dây từ mắc áo và uốn cong mỗi đầu 90 độ
• Bắt chéo các dây khi nối các đầu ngón tay bằng nhôm. Các dây được đưa vào từ các phía đối diện.
• Cố định các dây bằng cách bôi chất hàn vào mỗi đầu dây. Đừng lo lắng về việc chất hàn dính vào nhôm … nó không.
• Loại bỏ bất kỳ chất hàn nào khỏi các mối nối bằng nhựa thông khoáng (hoặc loại tương tự), sau đó nhỏ một giọt dầu máy khâu. Dùng khăn giấy thấm bớt dầu thừa.

Bước 3

• Gắn từng ngón tay vào hình bàn tay bằng gỗ bằng cách sử dụng giá đỡ nhôm hình chữ “L” được làm từ một mảnh nhôm tấm.
• Tập các điểm tựa sao cho các ngón tay thẳng khi duỗi ra hoàn toàn. (ảnh 4)

Bước 4

Gắn ngón tay cái (ảnh 2). Giá đỡ ngón tay cái trông phức tạp nhưng chỉ đơn giản là một miếng nhôm tấm hình chữ “L” được cắt ở một góc. Sau đó, uốn cong 90 độ được cắt và các đầu nhô ra

Bước 5

• Buộc một đoạn thun mũ vào giữa các lỗ trên cùng còn lại (ảnh 4).
• Điều chỉnh độ căng cho đến khi các ngón tay chỉ duỗi ra.

Bước 6

• Gắn các gân nylon (dây câu) vào các lỗ ngón tay dưới.
• Luồn từng sợi gân nylon dù các lỗ có đường kính 2mm được khoan trên một miếng gỗ (cong). Các lỗ này hoạt động giống như mắt rèm. (ảnh 2)

Bước 7:

Mắt màn được sử dụng để thay đổi hướng của gân ngón cái bằng nylon. Mắt rèm được vặn vào chân đế nylon có ren M3 nằm ở phía bên kia của bàn tay

Bước 6: Phần mềm… Android

Ảnh 1 hiển thị màn hình “Thiết kế” MIT AppInventor 2 cho ứng dụng VTT (Chuyển giọng nói thành văn bản) của tôi.

Ảnh 2 hiển thị “Các khối” được sử dụng trong ứng dụng này.

Ảnh 3 và 4 là đồ họa-p.webp

Đọc mã

• Hai “khối” trên cùng bên trái kết nối điện thoại của bạn với Arduino khi bạn nhấn nút “Bluetooth”.
• Hai “khối” ở giữa bên trái gửi lệnh thoại của bạn đến arduino khi bạn nhấn nút “micrô”. Văn bản được tạo bằng Google Speech_To_Text.
• Tất cả các lệnh thoại sẽ xuất hiện dưới dạng văn bản phía trên biểu tượng “micrô”.
• Hai “khối” bên trái dưới cùng chuyển văn bản này sang nút “tùy chỉnh” nếu bạn muốn lặp lại lệnh khi kiểm tra.
• Hai khối phía dưới bên phải gửi các từ “mở” và “đóng” cho bàn tay. Tôi nghĩ những điều này sẽ hữu ích khi thử nghiệm.
• Ba “khối” trên cùng bên phải kiểm soát thời gian.

VTT.apk

Tệp VTT.apk đính kèm là ứng dụng điện thoại Android thực tế.

Để cài đặt VTT.apk:

• Sao chép VTT.apk vào điện thoại của bạn (hoặc gửi qua email cho chính bạn dưới dạng tệp đính kèm)
• Thay đổi cài đặt điện thoại của bạn để cho phép các ứng dụng của bên thứ ba được cài đặt
• Tải xuống trình cài đặt apk từ
• Chạy trình cài đặt.

VTT.aia

Một phương pháp thay thế để cài đặt mã là:

• tạo tài khoản MIT AppInventor
• Tải xuống và cài đặt MIT AppInventor 2 từ
• Tải xuống và cài đặt “MIT AI2 Companion” từ https://play.google.com/store vào điện thoại của bạn.
• Bắt chước Ảnh 1 trên màn hình “Thiết kế” của bạn
• Nhân rộng các khối hiển thị trong ảnh 2
• Chạy “MIT AI2 Companion” trên điện thoại của bạn
• Nhấp vào “Xây dựng | Ứng dụng (cung cấp mã QR cho.apk)”
• Nhấp vào tùy chọn QR trên điện thoại của bạn khi mã QR xuất hiện
• Làm theo lời nhắc.

Bước 7: Phần mềm Arduino

hướng dẫn cài đặt

Tải xuống tệp đính kèm “VTT_voice_to_text_7.ino”

Sao chép nội dung tệp vào một bản phác thảo Arduino mới và lưu.

Tải bản phác thảo lên Arduino của bạn.

Ghi chú thiết kế

Ngôn ngữ tiếng Anh là vô cùng phức tạp.

Thường thì có nhiều cách để nói cùng một điều. Trong các ví dụ sau, “bàn tay” và ngón tay có cùng nghĩa:

• “Mở bàn tay của bạn” ……………………………………… đề cập đến bàn tay của bạn
• “Mở các ngón tay của bạn” …………………………………… đề cập đến bàn tay của bạn

Nhưng các từ khóa cũng có thể có các ý nghĩa khác nhau:

• “Mở các ngón tay của bạn” ………………………………….. đề cập đến bàn tay của bạn
• “Mở ngón trỏ và ngón giữa của bạn” ………… đề cập đến các ngón tay cụ thể

Các lệnh có ý nghĩa yêu cầu ít nhất hai từ khóa. Các lệnh sau không dẫn đến thao tác tay vì chúng chỉ có một từ khóa:

• “Mở” ……………………………………………………..một từ khóa “mở” [1]
• “Giúp tôi một tay” ………………………………………. Một từ khóa “tay”
• “Đưa cho tôi một cờ lê” ………………………………… một từ khóa “bàn tay”

Để diễn giải các lệnh này, tôi đã nhóm các từ khóa có ý nghĩa tương tự như sau:

• Nhiều ngón tay: “bàn tay”, “ngón tay”, “mở”, “đóng”, “nhả” [1]
• Các ngón tay cụ thể: "ngón cái", "trỏ", "giữa", "nhẫn", "nhỏ"
• Mở các ngón tay: "mở", "nâng lên", "mở rộng", "thả ra" [1]
• Ngón tay khép lại: "close", "low" [1]
• Nhiệm vụ: "carry", "hold", "pick", "demo", "calibrate"

Mỗi nhóm từ khóa được liên kết với một “cờ”. Để diễn giải lời nói tự nhiên, một cờ hoặc nhóm cờ được kích hoạt bất cứ khi nào một từ khóa được phát hiện. Trình thông dịch giọng nói chỉ cần nhìn vào các tổ hợp cờ để tìm ra các hành động được yêu cầu.

Đệ quy

Đệ quy xảy ra khi một lệnh gọi chính nó một hoặc nhiều lần.

Giả sử rằng một số ngón tay của bạn được mở rộng và một số ngón tay bị khép lại. Cũng giả sử rằng bạn muốn mở rộng ngón tay cái của mình và các ngón tay khép lại như khi bạn đang mang một vật gì đó.

Phương pháp 1

Hai lệnh thoại sau sẽ đạt được điều này:

• "Mở bàn tay của bạn"
• "Đóng nhẫn giữa và các ngón tay út của bạn"

Phương pháp 2

Thay vì đưa ra hai lệnh riêng biệt, bạn có thể tạo một tác vụ “carry ()”:

"Mang cái này cho tôi"

Lệnh này kích hoạt hàm "carry ()", sau đó sẽ đưa ra:

• process (“mở bàn tay của bạn”);
• quy trình (“đóng vòng tay trỏ và ngón út của bạn lại”)

Hành động đệ quy này cho phép tạo các hình bàn tay phức tạp.

Ghi chú

[1]

Để thuận tiện, tôi đã lập trình trình thông dịch để chấp nhận “mở”, đóng và “nhả” dưới dạng các lệnh một từ.

Bước 8: Tóm tắt

Tài liệu hướng dẫn này cho thấy cách bàn tay robot có thể được cấu tạo từ một đoạn nhôm định hình dài ngắn và một chiếc mắc áo bằng dây.

Bàn tay được xây dựng để thử nghiệm một số ý tưởng. Nút tai được gắn vào đầu ngón tay để cải thiện độ bám.

Các tính năng bao gồm:

• Đơn giản để làm
• Mỗi ngón tay được vận hành bằng cáp.
• Các cử động ngón tay cá nhân
• Nhóm các cử động ngón tay
• Hình dạng bàn tay có thể lập trình cho các tác vụ khác nhau
• Giá thấp
• Trọng lượng nhẹ
• Hoạt động dưới nước cần thiết (không có động cơ để ngắn)

Mỗi ngón tay được vận hành bằng cáp. Dây câu bằng nylon được sử dụng cho các sợi gân, mỗi sợi trong số đó được đưa qua một chiều dài của dây rèm mềm dẻo.

Ảnh 2 trong phần Giới thiệu cho thấy hai sợi cáp… một sợi có 2 gân… sợi còn lại có ba sợi. Điều này không sao nếu bán kính uốn lớn nếu không các ngón tay có xu hướng bị dính khi cáp bị uốn. Điều này đã được khắc phục bằng cách sử dụng năm cáp riêng biệt trong video

Trong khi dây câu bằng nylon hoạt động, nó có xu hướng căng ra. Dấu vết câu cá bằng thép không gỉ sẽ là một lựa chọn tốt hơn… Tôi có một cuộn theo đơn đặt hàng.

Bộ truyền động được làm từ động cơ bước và dây curoa vô tận. Các gân được gắn vào đai truyền động bằng dây cáp.

Dự án này sẽ hoạt động tốt như nhau với động cơ servo. Những thay đổi nhỏ về mã sẽ là cần thiết nếu bạn chọn sử dụng servos.

Lệnh thoại Bluetooth được gửi đến Arduino của bạn từ một ứng dụng điện thoại di động Android.

Mã cho ứng dụng điện thoại di động được phát triển bằng MIT AppInventor 2 và được xuất bản trong tài liệu hướng dẫn này.

Trình thông dịch giọng nói Arduino cực kỳ đáng tin cậy. Mã, được bao gồm trong hướng dẫn này, có thể được sử dụng trong các dự án khác.

Không bao gồm điện thoại di động của bạn, chi phí ước tính để xây dựng dự án này là dưới 100 đô la

Nhấn vào đây để xem các tài liệu hướng dẫn khác của tôi.