[WIP] Tạo một Drawbot được điều khiển bởi Myo Armband: 11 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Chào mọi người!

Một vài tháng trước, chúng tôi đã quyết định thử và giải quyết ý tưởng xây dựng một máy vẽ khung mở chỉ sử dụng một dải Myo để điều khiển nó. Khi chúng tôi lần đầu tiên bắt đầu dự án, chúng tôi biết rằng nó sẽ cần phải được chia thành một vài giai đoạn khác nhau. Giai đoạn chính đầu tiên của chúng tôi là thử và quan tâm đến thiết kế khung mở cho bot vẽ của chúng tôi. Đây là một thiết lập không tiêu chuẩn và chúng tôi muốn xem những lợi ích của thiết kế này.

Thứ hai, chúng tôi biết rằng việc xây dựng nguyên mẫu này sẽ chỉ tỏ ra hữu ích cho chính chúng tôi. Thiết kế và kế hoạch của chúng tôi là chuyển khung cuối cùng của chúng tôi thành kim loại và sử dụng arduino, nhận vị trí của chúng tôi từ gia tốc kế và con quay hồi chuyển được tích hợp trong dải Myo. Thông tin đó sau đó sẽ được gửi đến các động cơ và sẽ tái tạo chuyển động của người dùng. Chúng tôi biết rằng điều này sẽ làm cho giai đoạn thứ hai của chúng tôi chia thành ba khía cạnh chính:

1. lập trình từ Myo đến động cơ, thông qua Arduino
2. thiết kế điện để chuyển dữ liệu của chúng tôi thành chuyển động
3. thiết kế cơ học để tạo ra một khung có kích thước hợp lý sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động của chúng ta

Mỗi thành viên trong nhóm của chúng tôi cảm thấy thoải mái nhất với một phần duy nhất trong quá trình thiết kế của chúng tôi, vì vậy chúng tôi quyết định chia nhỏ công việc của mình giữa từng người. Chúng tôi cũng tạo một blog trong toàn bộ quá trình thiết kế của mình để theo dõi suy nghĩ từng ngày của chúng tôi, trái ngược với một cái nhìn toàn cầu hơn.

Bước 1: Chúng tôi dự định làm gì

Mục tiêu của chúng tôi là kết hợp hai sản phẩm này theo cách mà chúng tôi chưa từng thấy trước đây. Chúng tôi bắt đầu thực hiện một cuộc chuyển tiếp trực tiếp giữa băng đeo tay Myo của chúng tôi và phiên bản thiết kế của riêng chúng tôi lấy cảm hứng từ AxiDraw của Nhà khoa học Ác ma.

Bước 2: Danh sách thành phần nguyên mẫu

2 tấm gỗ 2 x 4 1 Thước dây đai hoặc xích> = 65”4 Đinh gỗ 3 Bánh răng có răng phù hợp với đai hoặc xích 4 Tấm đục lỗ 3 x 8 vân 30 ⅜” Miếng đệm cao su 8 Vòng đệm đường kính 1”1 Gỗ có đường kính 1” chốt xuống 1 'dài 8 vít Vex 1 "8 ½" vít Vex 8 2 "vít Vex 8 ¼" Miếng đệm cao su 48 đai ốc Vex 1 Dây buộc zip nhỏ

Bước 3: [Nguyên mẫu] Chế biến gỗ Cánh tay và Nội thất vận chuyển của chúng tôi

Chúng tôi nắm lấy hai kích thước 2x4 và cắt chúng thành độ dài bằng nhau (33 ¼”)

Sử dụng cưa bàn, chúng tôi tạo một khía dọc theo bên phần hẹp của bảng ¼”sâu và rộng ⅛” ở giữa

Cắt chốt thành 4 miếng 2”và khoan một lỗ ở giữa chốt có đường kính khoảng ¼” bằng máy khoan bấm

Bước 4: [Nguyên mẫu] Thực hiện Vận chuyển của Chúng tôi

Lý tưởng nhất là chúng tôi sử dụng hai miếng thép đục lỗ 7x7 nhưng tất cả những gì chúng tôi có sẵn cho chúng tôi là các dải 2x7 vì vậy chúng tôi bắt vít chúng với nhau theo cấu hình “X”

Xếp 5 trong số các miếng đệm cao su ⅜”và cố định các góc của các tấm lõm vào nhau

Cố định lỏng lẻo chốt bằng gỗ như thể hiện trong hình 1 để chúng quay tự do với khoảng trống khoảng 2 inch giữa chúng..

Sử dụng ½ “vít vex, miếng đệm cao su ¼” và vòng đệm có đường kính 1”cố định vòng đệm ở vị trí cao như thể hiện trong hình 1 (chúng tôi đã sử dụng bánh răng nhựa màu xanh lá cây vì chúng tôi không tìm được vòng đệm phù hợp) để đảm bảo vòng đệm có thể để quay dễ dàng và phù hợp với các khía của bảng.

Bước 5: [Nguyên mẫu] Kết hợp tất cả lại với nhau

Đặt ván trên một bề mặt và trượt toa vào giữa sao cho các vòng đệm giữ toa phía trên bảng và ở hai bên của bảng đóng các bánh răng xuống để chúng quay tự do. Đóng một bánh răng vào một đầu của tấm ván thứ hai để đảm bảo rằng nó nằm ở giữa và trượt nó lên thanh răng vuông góc với tấm ván đầu tiên.

Bây giờ dây đai phải được vòng qua hệ thống như hình minh họa, hãy chú ý cẩn thận xem các chốt ở bên ngoài dây đai như thế nào và không có gì ở giữa khung xe có thể cản trở dây đai khi nó đang di chuyển.

Bây giờ dây đai cần được buộc chặt vào mặt của bảng không có bánh răng. Chúng tôi đã sử dụng thêm một chiếc đinh và dây buộc zip để buộc chặt chúng. Nhưng phương pháp được sử dụng không quan trọng miễn là dây đai được neo ở vị trí đó

Bước 6: [Nguyên mẫu] Đã hoàn thành và đang di chuyển

Đó là điều nên làm, hãy kéo thắt lưng theo nhiều cách kết hợp khác nhau và xem những tác động khác nhau của nó đối với cánh tay!

Bước 7: Chuyển mô hình của chúng tôi thành thiết kế hoàn chỉnh của chúng tôi

Khi chúng tôi hoàn thành nguyên mẫu của mình, chúng tôi đã rất ngạc nhiên. Không ai trong chúng tôi chắc chắn cách hệ thống hoạt động trước khi lắp ráp. Nhưng, khi các bộ phận của chúng tôi kết hợp với nhau, chúng tôi nhanh chóng khám phá ra những gì chúng tôi thích và cách chúng tôi sẽ cải thiện nó khi tạo ra thiết kế cuối cùng. Các khiếu nại chính của chúng tôi với hệ thống cần giải quyết là:

1. Tỉ lệ

   1. Nguyên mẫu của chúng tôi rất lớn và khó sử dụng, khiến nó dễ bị lật ở rìa cánh tay của chúng tôi
   2. Cỗ xe lớn hơn nhiều so với mức cần thiết, và nó có rất nhiều không gian lãng phí
   3. Dây curoa của chúng tôi (lốp xe tăng có lỗ) lớn hơn nhiều so với mức cần thiết, điều này tạo ra không gian thừa giữa các cánh tay

2. ma sát

   1. Các vệt khó chịu của chúng tôi đã không vượt qua các con lăn chốt bằng gỗ một cách dễ dàng ở tất cả các điểm
   2. Nhựa trên gỗ khiến cỗ xe không muốn di chuyển trong nhiều trường hợp
3. Cơ giới hóa

   Chúng tôi cần làm cho hệ thống có khả năng hoạt động

Với những điều này, chúng tôi đã lên kế hoạch cho thiết kế cuối cùng. Chúng tôi muốn drawbot được điều khiển bằng Myo thông qua arduino và chúng tôi muốn làm khung bằng nhôm và nhỏ hơn.

Để làm được điều này, chúng tôi đã lấy một phần trăm nguyên mẫu ban đầu của mình và bắt đầu hoạt động từ kích thước đó. Bằng cách sử dụng kim loại tấm sẽ được gia công để có các rãnh đủ rộng để ổ trục được che chắn đi qua, chúng tôi sẽ có một thiết kế nhẹ nhưng mạnh mẽ sẽ có khả năng sử dụng cao hơn.

Nguyên mẫu của chúng tôi cũng cho phép chúng tôi, chỉ trong vài phút, xác định cách quay của động cơ ảnh hưởng đến phần đầu của drawbot của chúng tôi. Điều này giúp chúng tôi hiểu rằng thiết kế điều khiển của chúng tôi sẽ đơn giản hơn chúng tôi đã dự đoán. Khi kiểm tra kỹ hơn, chúng tôi phát hiện ra rằng chuyển động của động cơ là phụ gia! Điều này có nghĩa là mỗi động cơ có một tác động mong muốn độc lập đối với chuyển động của chúng ta, nhưng khi chúng ta kết hợp chúng lại với nhau, chúng bắt đầu triệt tiêu.

Ví dụ, nếu được coi như một mặt phẳng tọa độ, động cơ đặt ở cực âm x sẽ luôn có xu hướng kéo ngăn kéo của chúng ta vào góc phần tư thứ hai và thứ tư. Ngược lại, động cơ đặt ở cực dương x sẽ luôn hướng ngăn kéo vào góc phần tư thứ nhất và thứ ba. Nếu chúng ta kết hợp chuyển động của động cơ, nó sẽ hủy bỏ các phần chỉ đạo xung đột đó và sẽ khuếch đại các phần đồng ý.

Bước 8: Mã hóa

Mặc dù tôi đã làm việc khá rộng rãi trong C một vài năm trước đây, tôi không có kinh nghiệm về lua hoặc C ++, và điều này có nghĩa là tôi cần dành một lượng thời gian đáng kể để xem qua tài liệu. Tôi biết rằng nhiệm vụ chung mà tôi sẽ cố gắng hoàn thành là có được vị trí của người dùng trong khoảng thời gian và sau đó chuyển nó cho động cơ. Tôi quyết định chia nhỏ nhiệm vụ cho bản thân để tiêu hóa tốt hơn những phần mà tôi sẽ cần.

1. Lấy dữ liệu từ Myo (lua)

Tôi biết rằng tôi cần phải tìm ra cách để thu thập thông tin từ Myo. Đây là phần đầu tiên của thử thách mà tôi muốn tiếp cận. Để làm điều này, tôi muốn người dùng hiệu chỉnh kích thước canvas của họ trước khi bắt đầu vẽ. Điều này sẽ cho phép tôi có một ranh giới để làm việc. Sau đó, tôi có thể chuẩn hóa chương trình giữa những người dùng khác nhau bằng cách chỉ cần lấy một tỷ lệ phần trăm của canvas tối đa làm điểm dữ liệu của tôi để vượt qua. Tôi đã quyết định có một sự kiện theo kịch bản sẽ thực hiện kiểm tra getOrientation cứ sau nửa giây, vì nó sẽ cho phép các kiểm tra không bao giờ thực hiện một bước nhảy hoang dã mà bạn cần phải đoán từ đó (ví dụ: nếu người dùng quay ngược lại và ra).

Điều này đã trở thành rào cản đầu tiên mà tôi gặp phải. Tôi đã phát hiện ra một hạn chế rất lớn của lua, và nó sẽ không cho phép tôi đợi trước khi tiếp tục script. Cách duy nhất để thực hiện hành động này là tạm dừng CPU (sẽ tạm dừng nó trên toàn cầu, thậm chí giữ đồng hồ hệ thống) hoặc sử dụng các lệnh cụ thể của hệ điều hành. Trong mã ví dụ của tôi, tôi đã để lại trong kiểm tra hệ điều hành ban đầu mà tôi đã thực hiện (đã nhận xét). Điều này là sau khi thực hiện một lượng lớn nghiên cứu trong tài liệu của lua và được thực hiện bằng cách kiểm tra định dạng đường dẫn hệ thống. Đây là lúc tôi quyết định cần xem tài liệu về các dự án đã được xuất bản trước đó. Tôi ngay lập tức nhận ra mình đã lãng phí bao nhiêu thời gian và ngay lập tức được dẫn đến biến nền tảng. Với nó, tôi có thể thực hiện các lệnh chờ cụ thể của hệ điều hành gần như ngay lập tức, trái ngược với những ngày tôi phải tập hợp giải pháp trước đó của mình.

Đó là khoảng thời gian thiết kế bắt đầu hoạt động trên khía cạnh điện và tôi đã tạm dừng công việc về khía cạnh này của mã. Mục đích là để tìm hiểu cách động cơ của chúng tôi giao tiếp với arduino.

2. Làm việc xung quanh Arduino (C ++)

Khi công việc với breadboard của chúng tôi ngày càng trở nên phức tạp hơn, tôi biết rằng arduino không có khả năng đa luồng. Đây là một cờ lê lớn trong thiết kế mã ban đầu của tôi và sau khi đọc thêm về những hạn chế được trình bày với bộ điều khiển của chúng tôi, tôi phát hiện ra rằng tôi sẽ cần lập trình theo cách arduino sẽ chuyển đổi giữa hai loại. Điều này trở thành trọng tâm trong nỗ lực của tôi khi thời hạn của chúng tôi đến gần. Tôi đã phải loại bỏ các phần lớn của tập lệnh ban đầu của mình vì chúng được thiết kế để ghi dữ liệu vào tệp đồng bộ với bộ điều khiển động cơ đọc tệp. Điều này cho phép chức năng xếp hàng để đảm bảo rằng ngay cả khi người dùng ở trước ngăn kéo của chúng tôi, nó sẽ không làm hỏng dự án.

Tôi quyết định rằng chức năng xếp hàng nên được lưu, nếu không được triển khai theo cách giống như trước đây. Để làm điều này, tôi đã tạo một vector mảng. Điều này cho phép tôi không chỉ giữ nguyên vẹn tinh thần của thiết kế trước đây mà còn có nghĩa là tôi không phải theo dõi vị trí của mình trong hồ sơ để đọc hoặc viết. Thay vào đó, bây giờ tất cả những gì tôi cần làm chỉ đơn giản là thêm một giá trị mới vào vectơ của mình nếu người dùng đang di chuyển (thử nghiệm sơ bộ có ít hơn 1% sự khác biệt về kích thước canvas ở cả x và y so với vị trí được ghi cuối cùng dẫn đến không ghi dữ liệu). Sau đó, tôi có thể lấy giá trị cũ nhất trong vectơ của mình và trong một lần rơi xuống, gửi nó đến bộ điều khiển động cơ, ghi nó vào tệp của chúng tôi và sau đó xóa nó khỏi vectơ của tôi. Điều này đã làm sạch rất nhiều mối quan tâm của tôi về việc luồng IO liên tục chạy.

Bước 9: Điện

Trong khi trước đây tôi đã từng tham gia một lớp học về điện tử và đã làm việc rất hiệu quả với arduinos. Tôi chưa bao giờ đi sâu vào việc làm cho arduino nhận thông tin từ một nguồn bên ngoài (myo), tôi chỉ có kinh nghiệm xuất thông tin qua arduino. Tuy nhiên, tôi đã đi dây các động cơ trên drawbot của chúng tôi và làm việc trên mã để chúng có thể hoạt động với mã myo.

Vật liệu mà tôi đã sử dụng:

2 x động cơ bước

1 x Breadboard

1 x Arduino (Uno)

2 x IC điều khiển L293DE

40 x dây nhảy

2 x người hâm mộ

1. Kết nối Động cơ bước và Quạt với Bảng mạch

Theo sơ đồ mạch, chúng ta có thể nối một động cơ bước với trình điều khiển trên breadboard. Sau đó, theo cùng một sơ đồ áp dụng cho trình điều khiển và động cơ thứ hai, tuy nhiên, các dây nhảy sẽ phải được cắm vào một bộ chân khác trong arduino (vì động cơ đầu tiên chiếm không gian của 4 động cơ khác).

Cảnh báo / Mẹo:

Các trình điều khiển rất nhỏ và các chân cắm rất gần nhau. Sẽ là khôn ngoan nếu bạn để trống hai trình điều khiển để các dây không bị nhầm lẫn.

Tiếp theo là đi dây cho các quạt. Điều này khá đơn giản, những chiếc quạt mà tôi có sẵn là những chiếc quạt của bộ xử lý máy tính cơ bản, có tích cực và có cơ sở. Cắm hai chân đó vào các chân +/- tương ứng của chúng trên breadboard và đặt mỗi chân về phía mỗi trình điều khiển. (Chúng tôi phát hiện ra rằng vì động cơ bước nhận được nhiều thông tin và lệnh trong một thời gian dài, các trình điều khiển có xu hướng quá nóng và có mùi. Thêm một quạt để làm mát nó đã khắc phục sự cố này).

2. Mã Arduino

Đây là phần dễ dàng!

Mở Arduino IDE, chuyển đến tab “Tệp” sau đó thả xuống tab “ví dụ” sẽ thả xuống thêm nữa và hiển thị cho bạn tab “bước” Sau đó, bạn muốn mở “Stepper_OneStepAtATime”

Thao tác này sẽ tải trước một mã ví dụ gần như là plug-and-play vào hệ thống dây điện của arduino / động cơ. Chúng tôi sẽ phải thực hiện những điều chỉnh nhỏ bởi vì chúng tôi sẽ chạy hai động cơ, mà tôi sẽ trình bày bên dưới. Bạn cũng có thể phải thực hiện các điều chỉnh nhỏ tùy thuộc vào chân nào bạn đã quyết định sử dụng, vì Arduino IDE mặc định là chân 8-11.

Mã mà tôi đã sử dụng để làm cho hai động cơ chuyển động “đồng bộ hóa” như sau:

//#bao gồm

const int stepsPerRevolution = 200;

Bước myStepper1 (bướcPerRevolution, 9, 10, 11, 12);

Bước myStepper2 (bướcPerRevolution, 4, 5, 6, 7);

int stepCount = 0;

void setup () {// khởi tạo cổng nối tiếp: Serial.begin (9600); }

void loop () {

myStepper1.step (1);

Serial.print ("bước:");

Serial.println (stepCount);

stepCount ++;

chậm trễ (0,5);

myStepper2.step (1); chậm trễ (0,5); }

3. Các vấn đề có thể xảy ra

Các vấn đề mà tôi gặp phải trong quá trình này là không sử dụng đúng mã ví dụ, sử dụng dây nhảy kém, sử dụng sai IC trình điều khiển.

Đảm bảo rằng trình điều khiển mà bạn đang sử dụng có khả năng điều khiển động cơ

Kiểm tra số sê-ri và kiểm tra thông số kỹ thuật của nó

Tôi gặp phải sự cố đứt dây jumper khiến động cơ của tôi quay một cách kỳ lạ

Tôi đã phải sử dụng đồng hồ vạn năng để kiểm tra từng dây

Và luôn kiểm tra lại mã của bạn để tìm các lỗi nhỏ như thiếu dấu ";" chỉ huy

Bước 10: Cơ khí

1. Chất liệu

Đối với mô hình sản xuất đầy đủ của cánh tay, chúng tôi khuyến nghị rằng chúng được làm từ vật liệu chắc chắn nhưng nhẹ, chúng tôi cảm thấy rằng nhôm là một sự phù hợp hoàn hảo.

Chúng tôi sử dụng các tấm nhôm có kích thước 032 được cắt thành 9.125 "x 17.5" và theo dõi mẫu từ bản vẽ được hiển thị ở bước trước.

2. Chế tạo

Sử dụng máy mài (máy màu xanh), chúng tôi thêm các đường viền quay ngược chiều nhau để khi mảnh vỡ và gấp lại, hai đường viền sẽ lồng vào nhau tạo thành một mảnh hoàn chỉnh.

Đối với những khúc cua lớn, chúng tôi sử dụng thợ đánh tennis, vì nó có độ chính xác cao.

Bây giờ đối với những khúc cua nhỏ hơn, bạn sẽ muốn sử dụng một chiếc máy có chân nhỏ hơn, đây là lúc một chiếc máy như roto-die xuất hiện. Vì chân nhỏ hơn nên nó cho phép thực hiện những cú bẻ nhỏ hơn, thật không may, roto-die theo ý của chúng tôi vẫn quá lớn so với đường ray của chúng tôi và nó đã bị biến dạng.

** Ngoài ra, nếu bạn không có quyền sử dụng thiết bị hoặc công cụ thích hợp, thì có thể thực hiện thay thế. **

Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi cắt các cánh tay của chúng tôi từ các thanh ray bằng nhôm của bảng điều khiển năng lượng mặt trời bằng máy cắt plasma và mài nhẵn các đầu sau đó bắt vít trở lại để tạo thành hệ thống đường ray hai mặt. Lý tưởng nhất là chúng tôi muốn hàn các thanh ray với nhau, tuy nhiên, nếu không có quyền truy cập vào trạm hàn, chúng tôi thay vào đó kẹp các thanh ray lại với nhau và khoan qua sau đó bắt vít chúng lại với nhau. Nhưng nếu thực hiện theo cách này, thì cần đặc biệt chú ý sử dụng đai ốc khóa và vòng đệm để đảm bảo rằng miếng có độ uốn ít nhất có thể.

3. Thắt lưng

Đối với dây đai, chúng tôi đã sử dụng một số dây đai máy in 3D cũ mà chúng tôi có thể tận dụng được.

Ban đầu dây đai không đủ dài nên khi sử dụng một số ống co nhiệt, chúng tôi kết hợp hai mảnh để tạo thành một chiếc có độ dài vừa đủ.

Các bánh răng màu xanh lá cây và chốt bằng gỗ đã được thay thế bằng vòng bi đĩa với vòng đệm rộng hơn được sử dụng để giữ cho dây đai không bị trượt ra khỏi vị trí.

4. Vận chuyển

Và cuối cùng cỗ xe được làm bằng một tấm nhôm 032 kích thước 5 "x 5", với các lỗ khoan được nhấn vào nơi định vị các vít và vòng đệm tương ứng. Khoảng cách sẽ khác nhau tùy thuộc vào độ rộng của thanh ray và khoảng cách mà bạn có trên vòng đệm của mình.

Bước 11: Phản ánh

Thật không may, mọi mặt trong dự án của chúng tôi đều gặp phải rào cản lớn về thời gian và chúng tôi không thể hoàn thành thiết kế của mình trước ngày dự kiến. Mỗi thành viên trong nhóm của chúng tôi đã cộng tác trong mọi khía cạnh khác của thiết kế của chúng tôi ở một mức độ nào đó, dẫn đến một số thời gian đường cong học tập bị sụt giảm. Điều này, cùng với việc muốn thiết kế một sản phẩm với càng ít tài nguyên bên ngoài càng tốt (vì tất cả chúng ta đều muốn tạo ra các bộ phận tương ứng của mình từ đầu), dẫn đến một lượng lớn các bánh xe được phát minh lại.

Mọi người làm việc trong dự án đã tìm hiểu thêm về các khía cạnh khác của dự án. Làm cho phần mềm thực hiện một hành động cụ thể là một chuyện, sau đó để làm cho phần mềm hoạt động cùng với phần cứng là một chuyện khác. Tôi muốn nói rằng điều quan trọng là bất kỳ ai đang làm việc về khía cạnh mã hóa của dự án này, hãy quen thuộc như người lập trình dự án của chúng tôi.

Nhìn chung, chúng tôi đã không thể đạt được chính xác những gì chúng tôi muốn. Tuy nhiên, tôi cảm thấy rằng chúng tôi đã đi đúng hướng và tất cả chúng tôi đã khám phá và học hỏi những khái niệm mới mà chúng tôi sẽ có thể áp dụng cho các dự án trong tương lai.