Cánh tay giả Làm việc với Myosensor: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-31 10:26

Dự án này là sự phát triển của một cánh tay giả cho những người bị cụt. Mục tiêu của dự án này là tạo ra một cánh tay giả giá cả phải chăng cho những người không có đủ khả năng mua một cánh tay giả chuyên nghiệp.

Vì dự án này vẫn đang trong giai đoạn tạo mẫu, nó luôn có thể tốt hơn vì hiện tại nó chỉ có thể mở và đóng lòng bàn tay để có thể lấy đồ! Tuy nhiên, nó là một cánh tay giả tự làm có thể được thực hiện tại nhà hoặc tại phòng thí nghiệm fab địa phương.

Bước 1: Vật liệu, công cụ và máy móc cần thiết

Máy móc:

1. máy in 3D
2. Máy cắt laser
3. Máy CNC để bàn

Công cụ:

1. Dây câu cá
2. Dây tóc 3mm
3. Máy khoan
4. Keo siêu dính
5. Kìm lỗ
6. Đồng hồ vạn năng
7. Trạm hàn
8. Sáp gia công
9. Silicon cho khuôn

Vật liệu:

1. Tấm đồng
2. 1x ATMEGA328P-AU
3. 1x tinh thể 16MHz
4. 1x điện trở 10k
5. 2 tụ điện 22pF
6. 1x tụ điện 10uF
7. 1x tụ điện 1uF
8. Tụ điện 1x 0,1uF
9. 1x Myosensor
10. Động cơ servo 5x siêu nhỏ
11. 1x Arduino UNO

Phần mềm:

1. Arduino IDE
2. Fusion360
3. Cura
4. chim ưng
5. GIMP

Bước 2: Thiết kế 2D & 3D

Thiết kế 3D

Bước đầu tiên là thiết kế các ngón tay, lòng bàn tay và cẳng tay của cánh tay giả có tính đến các thiết bị điện tử sẽ đi kèm trong cánh tay giả. Thành thật mà nói, tôi đã sử dụng dự án mã nguồn mở inmoov làm cơ sở và tôi bắt đầu từ đó.

Lòng bàn tay là một phần khá khó thiết kế vì các ngón tay nên có tỷ lệ khác nhau giữa chúng. Vì thế:

Ngón tay: Tôi đã tải xuống các ngón tay từ dự án inmoov.

Lòng bàn tay:

1. Đầu tiên tôi phác thảo bố cục của cọ và ép đùn nó.
2. Sau đó, tôi tạo lỗ cho các kết nối của ngón tay và cẳng tay bằng cách sử dụng phác thảo, lệnh cắt và lệnh phi lê.
3. Sau đó, tôi phải làm các ống để có thể luồn dây câu vào để tôi có thể điều khiển các ngón tay thông qua động cơ.
4. Cuối cùng, các lỗ phải được thêm vào bên trong lòng bàn tay để có thể đóng lòng bàn tay khi dây câu được kéo.

Cánh tay:

1. Trong các mặt phẳng khác nhau, tôi tạo hai bản phác thảo và sử dụng lệnh ellipse. Tôi đã sử dụng lệnh loft sau để tạo hình dạng mong muốn.
2. Sau đó, lệnh shell được sử dụng để làm cho nó rỗng và lệnh split để cắt nó làm đôi để tôi có thể thiết kế trong đó và để có khả năng tiếp cận tốt nhất khi tôi lắp các thiết bị điện tử của mình vào bên trong.
3. Một bản phác thảo cũng được thực hiện gần cổ tay, đùn và nối với cẳng tay chính để nó có thể kết nối với lòng bàn tay.
4. Có khả năng hiển thị để thiết kế bên trong cẳng tay, tôi đã tạo một bản phác thảo về kích thước của năm động cơ mà tôi sẽ sử dụng, một động cơ cho mỗi ngón tay và PCB (bảng mạch in) mà tôi sẽ sử dụng. Sau đó, tôi đùn chúng cho đến khi chúng đạt đến chiều cao mong muốn và xóa các phần không cần thiết ở phía sau của hình trụ bằng cách sử dụng backspace.
5. Cuối cùng, các lỗ mở cho bu lông đã được thiết kế, theo cách mà không quá rõ ràng trên thiết kế tổng thể, để cánh tay có thể được đóng lại bằng cách sử dụng các lệnh tương tự như trên.

Hoàn thành thiết kế, tôi chọn từng phần thân và tải xuống dưới dạng tệp.stl và tôi in 3D chúng một cách riêng biệt.

Thiết kế 2D

Vì tôi muốn các dây câu của mình được tách biệt trong khi chúng đang được vận hành bởi động cơ, tôi quyết định tạo các rãnh dẫn hướng cho chúng. Đối với điều này, tôi không thực sự phải thiết kế bất cứ điều gì mới nhưng sử dụng hình elip nhỏ hơn khi tôi sử dụng lệnh loft để tạo cẳng tay.

Tôi đã xuất bản phác thảo của nó dưới dạng tệp.dxf sau khi tôi sử dụng máy cắt laser. Sau khi có hình dạng mong muốn, tôi khoan các lỗ 0,8mm bên trong rãnh mà tôi thấy cần thiết.

Bước 3: In 3D

Sau khi xuất mỗi tệp stl, tôi đã sử dụng Cura để tạo.gcode của các phần khác nhau của ngón tay, lòng bàn tay và cẳng tay. Các cài đặt được sử dụng được minh họa trên các hình trên. Vật liệu của các bộ phận được in 3D là PLA.

Bước 4: Đúc và đúc

Mục đích của việc đúc lòng bàn tay là để cánh tay giả có độ bám chắc hơn vì PLA có thể trơn trượt.

Thiết kế 3D

1. Sử dụng bản phác thảo có sẵn của lòng bàn tay, tôi đã cố gắng bắt chước lòng bàn tay của chúng ta bằng cách thiết kế các vòng tròn cho nó bằng lệnh arc.
2. Sau đó, tôi đùn chúng ở các độ cao khác nhau và sử dụng lệnh fillet để làm mịn các cạnh của "vòng tròn" bên trong.
3. Sau đó, tôi thiết kế một chiếc hộp có cùng kích thước với sáp có thể gia công của tôi và tôi đặt phần âm của thiết kế vào đó bằng cách sử dụng lệnh cut trong lệnh kết hợp.

Quy trình CAM

Sau khi có thiết kế sẵn sàng được gia công bằng máy CNC để bàn, tôi phải tạo gcode cho thiết kế đó. Trong trường hợp của tôi, tôi đang sử dụng máy CNC Roland MDX-40!

1. Đầu tiên, tôi vào môi trường CAM của Fusion360.
2. Sau đó, tôi đã chọn một "thiết lập mới" trên menu thiết lập.
3. Mình chọn đúng thông số (xem hình) và bấm ok.
4. Tiếp theo, trong menu 3D, tôi chọn xóa thích ứng và chọn các thông số phù hợp sau khi chèn công cụ tôi đã sử dụng như trong hình.
5. Cuối cùng, tôi đã chọn xóa thích ứng và nhấp vào quá trình đăng. Tôi đã chắc chắn rằng đó là cho máy roland mdx-40 và nhấp vào ok để lấy gcode.
6. Sau đó, tôi xay khối sáp theo thiết kế của mình bằng máy.

Đúc silicon

1. Đầu tiên, tôi trộn hai dung dịch silicon một cách cẩn thận để không gây ra bất kỳ bọt khí nào, theo bảng dữ liệu (liên kết có trên tài liệu), có cân nhắc đến tỷ lệ trộn, tuổi thọ của nồi và thời gian đúc khuôn.
2. Sau đó, tôi đổ nó vào khuôn của tôi từ điểm thấp nhất để đảm bảo rằng điểm tiếp xúc không đổi và đường kính của dung dịch đổ càng mỏng càng tốt, để tránh bọt khí.
3. Sau khi đúc silicon vào khuôn của tôi, tôi phải đảm bảo không có bọt khí bên trong, vì vậy tôi dùng một mũi khoan có đinh xiên để làm run khuôn.
4. Cuối cùng, vì tôi quên làm điều đó trong thiết kế của mình, tôi đã đục lỗ vào silicon sau khi nó đã sẵn sàng, sử dụng kìm bấm lỗ, sao cho chúng khớp với các lỗ trên bề mặt của lòng bàn tay.

Bước 5: Thiết kế và Sản xuất Điện tử

Để thiết kế bo mạch của tôi và hiểu những gì đang diễn ra trong các chân của bộ vi điều khiển, tôi phải đọc datasheet của nó. Là một PCB cơ bản, tôi đã sử dụng micro satshakit và sau đó tôi sửa đổi nó theo nhu cầu của hệ thống của mình.

Vì satshakit là một bảng dựa trên arduino tự làm, nên tôi có thể sửa đổi nó theo tìm kiếm của tôi về kết nối các bộ phận của tôi với arduino. Vì vậy, myosensor kết nối với arduino bằng một chân GND, một chân VCC và một chân analog. Trong khi đó, một động cơ servo sử dụng một chân GND, một chân VCC và một chân PWM. Vì vậy, tôi đã phải để lộ tổng cộng sáu chân GND và VCC khi xem xét cấp nguồn của bo mạch, một chân analog và năm chân PWM. Ngoài ra, tôi đã phải xem xét để lộ các chân cho lập trình của bảng (đó là MISO, MOSI, SCK, RST, VCC và GND).

Các bước tôi đã thực hiện là:

1. Đầu tiên, tôi tải xuống các tệp đại bàng của micro-satshakit.
2. Tiếp theo, tôi đã sửa đổi micro-satshakit theo nhu cầu của mình bằng cách sử dụng Eagle. Hướng dẫn về cách sử dụng Eagle có thể được tìm thấy ở đây và ở đây.
3. Sau khi root bo mạch của mình, tôi đã xuất nó dưới dạng tệp-p.webp" />

Sau khi có các đường dẫn bên trong và bên ngoài của bảng mạch của tôi là png, đã đến lúc tạo mã gcode của chúng để có thể gia công nó trong máy cnc để bàn roland mdx-40. Để tạo.gcode, tôi đã sử dụng mô-đun fab. Các cài đặt nên được đặt trong mô-đun fab và được tìm thấy ở đây.

Cuối cùng, tôi hàn mọi thứ tôi cần theo bảng đại bàng của tôi. Hình ảnh của sơ đồ và bảng hàn có thể được tìm thấy ở trên.

Lý do để tạo Bảng mạch PCB của riêng tôi thay vì sử dụng Arduino UNO là không gian mà tôi tiết kiệm được khi sử dụng bảng mạch của riêng mình.

Bước 6: Lắp ráp

Vì vậy, sau khi các ngón tay được in:

1. Tôi phải khoan các lỗ bên trong bằng mũi khoan đường kính 3,5mm và các lỗ bên ngoài bằng mũi khoan đường kính 3mm. Lỗ bên trong có nghĩa là phần mà khi các bộ phận được kết nối với nhau, nó là từ lỗ bên trong và bên ngoài, phần mà khi kết nối nó là từ bên ngoài.
2. Sau đó, tôi phải vượt lên dẫn đầu với ngón thứ hai và thứ ba với ngón thứ tư.
3. Sau đó, tôi kết nối các phần 1 + 2 với 3 + 4 với 5 qua các lỗ nhỏ bằng cách sử dụng dây tóc có đường kính 3mm.
4. Cuối cùng, các ngón tay đã sẵn sàng để được lắp ráp với lòng bàn tay và sau đó là với cẳng tay.

Vì vậy, đã đến lúc luồn dây câu qua kẽ tay.

Một đường đi từ mặt sau của ngón tay qua đường ống trên đầu nối ngón tay với lòng bàn tay và đến cẳng tay và đường kia đi từ mặt trước của ngón tay đến lỗ bên trong lòng bàn tay và đến cẳng tay

Một lưu ý đặc biệt là luồn dây câu qua miếng gỗ có khoét lỗ bằng đường kính của nó và thắt nút. Nếu không, khi dây được kéo, nó có thể đi xuống ngón tay, điều này đã xảy ra với tôi cho dù tôi đã thắt bao nhiêu nút.

• Sau khi dây câu được đưa qua các ngón tay, lòng bàn tay và cẳng tay phải được kết nối bằng một số bu lông bot in 3D,
• Tôi lại luồn các đường này qua khe lỗ cắt bằng laser để tách chúng ra và sau đó kết nối chúng với động cơ servo.
• Gắn dây câu vào đúng vị trí của servo là một chút khó khăn. Nhưng, những gì tôi đã làm là lấy các vị trí cực đoan của ngón tay và kết nối nó với vị trí cực đoan của servo.
• Sau khi tôi tìm đúng vị trí, tôi khoan lỗ vào các khe đặc biệt dành cho các servo và vặn các servo vào đúng vị trí để đảm bảo rằng hai trong số các servo được nâng lên một chút so với các servo khác, nếu không chúng sẽ va chạm trong quá trình hoạt động.

Bước 7: Lập trình

Trước khi viết chương trình, tôi phải làm cho bộ vi satshakit đã sửa đổi có thể được lập trình. Để làm điều đó, tôi phải làm theo các bước dưới đây:

1. Kết nối Arduino Uno với máy tính.
2. Chọn đúng cổng và bảng Arduino Uno dưới các công cụ.
3. Trong> Tệp> Ví dụ, tìm và mở bản phác thảo "ArduinoISP".
4. Tải bản phác thảo lên Arduino.
5. Ngắt kết nối Arduino khỏi máy tính.
6. Kết nối bo mạch với Arduino theo sơ đồ trong hình.
7. Kết nối Arduino với máy tính.
8. Chọn bo mạch "Arduino / Genuino Uno" và lập trình viên "Arduino as ISP".
9. Nhấp vào> Công cụ> Ghi Bootloader.
10. Sau khi bộ nạp khởi động được thực hiện thành công, chúng ta có thể viết chương trình của mình:

// bao gồm thư viện mà tôi đã sử dụng cho động cơ servo

#include #include SoftwareSerial mySerial (7, 8); #define MYO_PIN A0 int sensorValue; điện áp phao; // chỉ định tên cho servo VarSpeedServo servo1 của tôi; VarSpeedServo servo2; VarSpeedServo servo3; VarSpeedServo servo4; VarSpeedServo servo5; #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 thiết lập 1 #define pinMode (IN) {PIN 6 void); // chân mà tôi đã gắn động cơ servo1.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 (PINKY, 40); mySerial.begin (9600); mySerial.print ("Đang khởi tạo…"); } void loop () {sensorValue = analogRead (A0); điện áp = sensorValue * (5.0 / 1023.0); mySerial.println (điện áp); chậm trễ (100); if (điện áp> 1) {closePosition (PINKY, 60); closePosition (RINGFINGER, 60 tuổi); closePosition (MIDDLE, 60); closePosition (INDEX, 60); closePosition (THUMB, 60); } else {openPosition (PINKY, 60); openPosition (RINGFIGER, 60); openPosition (MIDDLE, 60); openPosition (INDEX, 60); openPosition (THUMB, 60); }} void defaultPosition (uint8_t finger, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (90, _speed, true); else if (ngón tay == RINGFINGER) servo4.write (70, _speed, true); else if (ngón tay == MIDDLE) servo3.write (20, _speed, true); else if (ngón tay == INDEX) servo2.write (20, _speed, true); else if (ngón tay == THUMB) servo1.write (20, _speed, true); } void closePosition (uint8_t finger, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (180, _speed, true); else if (ngón tay == RINGFINGER) servo4.write (180, _speed, true); else if (ngón tay == MIDDLE) servo3.write (180, _speed, true); else if (ngón tay == INDEX) servo2.write (180, _speed, true); else if (ngón tay == THUMB) servo1.attach (180, _speed, true); } void openPosition (uint8_t finger, uint8_t _speed) {if (finger == PINKY) servo5.write (0, _speed, true); else if (ngón tay == RINGFINGER) servo4.write (0, _speed, true); else if (ngón tay == MIDDLE) servo3.write (0, _speed, true); else if (ngón tay == INDEX) servo2.write (0, _speed, true); else if (ngón tay == THUMB) servo1.write (0, _speed, true); } // Sau khi viết chương trình, chúng tôi tải nó lên bảng bằng cách> Sketch> Upload using Programmer // Bây giờ bạn có thể mở micro satshakit khỏi arduino của mình và cấp nguồn cho nó qua pin dự phòng // Và thì đấy !! Bạn có một cánh tay giả