Găng tay cảm biến linh hoạt: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Đây là một dự án thú vị có thể được điều chỉnh để điều khiển mọi thứ từ cánh tay robot đến giao diện thực tế ảo.

Bước 1: Vật liệu và bộ phận

Đối với găng tay:

• Găng tay làm vườn giá rẻ
• Arduino Lilypad
• Giá đỡ pin lilypad
• Chỉ may dẫn điện
• Chỉ may bình thường
• Velostat
• Băng dính
• keo siêu dính
• đàn hồi
• Năm điện trở 4,7Kohm

Đối với cánh tay:

• Năm SG90 servos
• Dây điện
• Dây tóc PLA hoặc ABS
• Ninjaflex (hoặc dây tóc dẻo khác)
• Dây câu cá
• Nguồn điện 5V
• Bo mạch bánh mì nhỏ (tùy chọn nhưng hữu ích để nối dây các Servos song song)

Lưu ý: nếu bạn không có dây tóc in 3D linh hoạt, bạn có thể sử dụng một cánh tay robot khác cho Bàn tay linh hoạt

Bước 2: Tạo cảm biến linh hoạt

Vật liệu tôi đã sử dụng, velostat, là vật liệu phản ứng lực. Điều này có nghĩa là nó nhạy cảm với áp suất và khi bạn ấn, uốn cong hoặc làm biến dạng nó, lực cản sẽ thay đổi. Đó là tính chất này chúng tôi sẽ sử dụng để đo lường mức độ uốn cong của mỗi ngón tay.

Bắt đầu bằng cách cắt 5 dải khóa dán, khoảng 0,7cm x 8cm, kích thước chính xác không liên quan vì chúng ta quan tâm đến việc đọc định tính điện trở chứ không phải định lượng.

Tiếp theo đặt 2 đoạn băng dính dài úp lên mặt phẳng rồi cắt 2 đoạn dây dẫn may theo chiều dài, mình nói dài ít nhất là 40cm, thừa luôn thì tốt hơn. Tùy ý, nhỏ một giọt keo siêu nhỏ lên trên băng dính, gần đế. Điều này không bắt buộc nhưng tôi thấy rằng nó ngăn không cho chỉ may vô tình bị kéo ra. Nếu bạn không có chỉ khâu dẫn điện, bạn có thể sử dụng dây đồng mỏng cho bước này giống như dây bạn tìm thấy trong cáp tai nghe (tôi nói "có thể" vì tôi chưa thử nghiệm ý tưởng này).

Đặt 2 chiều dài của chỉ khâu lên trên băng dính dọc theo tâm, phần đuôi của chỉ khâu thò ra cuối băng dính. Điều quan trọng là phải đi đến gần hết chiều dài của băng dính vì nếu không, cảm biến flex sẽ chỉ thu thập các kết quả đọc gần gốc ngón tay của bạn chứ không phải đầu.

Đặt khóa dán lên trên một đoạn chỉ khâu sao cho nó che đầu của đoạn chỉ khâu đó (bạn không muốn 2 đoạn chỉ khâu chạm nhau). Sau đó nhấc miếng băng dính còn lại lên mặt không được che phủ của khóa dán, ấn mạnh xuống để loại bỏ bọt khí. Ở chân đế của cảm biến, đảm bảo rằng 2 đoạn chỉ khâu không tạo ra hiện tượng đoản mạch, để tránh trường hợp này chúng thoát ra khỏi lớp băng dính ở hai phía đối diện (tương tự như chỗ nối hình chữ "Y", xem hình).

Cắt bỏ phần băng dính thừa theo ý muốn. Cuối cùng là keo siêu dính một miếng đàn hồi nhỏ vào phần cuối của cảm biến. Lặp lại điều này 5 lần để điều chỉnh kích thước của từng cảm biến để vừa với ngón tay của bạn một cách tối ưu.

Bước 3: Làm găng tay

Tôi sẽ giới thiệu tổng quan về các bước mà cá nhân tôi đã thực hiện nhưng cách bạn thực hiện sẽ khác nhau tùy từng trường hợp, phần lớn phụ thuộc vào găng tay bạn sử dụng.

Một điểm mấu chốt mà tôi không thể nhấn mạnh là chỉ khâu dẫn điện KHÔNG giống như dây thông thường, không có vỏ bọc cách điện. Ngoài ra, vì găng tay mềm dẻo và có thể tự uốn cong lại nên rất dễ tạo ra đoản mạch, dẫn đến các thành phần bị phá hủy và các lỗ lớn bị chảy trên găng tay của bạn.

Nếu bạn không có chỉ khâu dẫn điện, bạn có thể sử dụng dây bình thường và hàn các kết nối của mình.

Tôi bắt đầu bằng cách nối bộ pin vào găng tay và kết nối 5V và GND với Arduino Lilypad. Không nên may hoàn toàn Lilypad vì chúng ta sẽ phải uốn cong nó về phía sau và khâu bên dưới nó (xem hình trên).

Tôi cũng khuyên bạn nên lót mặt dưới của bảng Lilypad bằng băng dính điện để ngăn chặn bất kỳ trường hợp đoản mạch nào.

Tiếp theo, hàn các đầu của năm điện trở 4,7Kohm thành các vòng nhỏ (bạn có thể cần điều chỉnh giá trị điện trở dựa trên chiều dài và chiều rộng của dải khóa dán). Tùy chọn: sử dụng keo nóng để gắn chúng vào găng tay, sẽ khó khâu hơn nếu ban đầu chúng chưa được giữ đúng vị trí.

Tham khảo kỹ các hình ảnh và sơ đồ mạch điện trên trước khi tiếp tục, điều quan trọng là bạn phải vạch ra đường đi cho đường chỉ may của mình trước khi bắt đầu nếu không bạn sẽ “tự may vào một góc”.

Cá nhân tôi bắt đầu khâu từ GND trên bộ pin đến 5 điện trở và sau đó từ từng điện trở riêng lẻ đến chân A0 đến chân A4 bằng cách đi xuống bên dưới bảng Lilypad mà chúng tôi đã phủ băng cách điện trước đó. Sau đó, tôi gắn đầu cuối của cảm biến uốn đầu tiên vào ngón tay cái với một đầu của chỉ may đi vào 5V và đầu kia là A0. Lặp lại điều này cho từng ngón tay, nhưng thay vì chuyển trực tiếp đến 5V mỗi lần (và tạo ra một mê cung các đường may), chỉ cần may vào cảm biến uốn trước đó.

Để đảm bảo mỗi cảm biến flex vẫn ở trạng thái căng khi bạn di chuyển ngón tay, hãy khâu phần thun mà chúng tôi đã gắn vào cảm biến flex ở bước cuối cùng với các đầu ngón tay trên găng tay. Tùy chọn khâu một số vòng quanh cảm biến uốn để đảm bảo chúng ở đúng vị trí khi bạn di chuyển tay.

Cuối cùng hàn 5 dây vào các chân kỹ thuật số từ 5 đến 9, những dây này sẽ được sử dụng sau này để thông báo cho các servo đi đâu.

Bước 4: Xây dựng cánh tay

Tôi in 3D các tệp cánh tay được tạo sẵn từ Gyrobot của người dùng trên Thingiverse. Bạn có thể tìm họ ở đây.

Nếu bạn muốn, bạn cũng có thể in 3D một cẳng tay, nhưng do hạn chế về dây tóc, tôi đã tạo một mô hình dao kiếm bằng giấy cho cẳng tay của riêng mình. Tôi đã sử dụng năm servo SG90 được giữ trong một khung in 3D, được kết nối với từng ngón tay bằng dây câu. Đấu dây tất cả các kết nối GND và Vin song song với nguồn điện bên ngoài, chẳng hạn như máy biến áp tường 5V AC-DC.

Kết nối các chân đầu vào servo (thường là dây màu cam theo quy ước) với các chân kỹ thuật số tương ứng trên găng tay.

Bước 5: Tải lên mã

Trừ khi bạn có cáp FTDI, bạn sẽ cần lập trình Lilypad thông qua Arduino Uno. Các bước cho việc này được nêu trong hướng dẫn này. Đảm bảo bạn đã chọn đúng loại bảng Arduino, để thay đổi nó, hãy truy cập Công cụ / Bảng / Lilypad Arduino.

Làm theo hướng dẫn ở trên, tải mã hiệu chuẩn lên trước.

Sao chép đầu ra từ mã hiệu chuẩn vào dòng 31 của mã này, sau đó tải nó lên.

Bước 6: Nhận xét về Tốc độ Baud

Tôi đã gặp một lỗi khá khó chịu với tốc độ truyền (là tốc độ truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp) lớn hơn gấp hai lần so với những gì tôi đã lập trình. Xem video trên youtube của tôi vào khoảng 2:54 để minh họa về vấn đề này. Thật không may, điều này đã ngăn tôi thực hiện theo kế hoạch ban đầu của mình là sử dụng bluetooth và giao tiếp không dây giữa găng tay và tay robot.

Tôi không thể giải quyết vấn đề tốc độ baud nhưng dự đoán tốt nhất của tôi là có sự không phù hợp giữa phần cứng phần mềm khi nghĩ rằng bộ dao động trên bo mạch là 8mHz hoặc 16mHz. Điều này có thể là do tôi đã mua một bảng nhái rẻ tiền và không phải là sản phẩm chính thức. Nếu bạn sử dụng sản phẩm thật, bạn có thể không gặp vấn đề này. Tuy nhiên, đây hoàn toàn chỉ là suy đoán của riêng tôi và nếu ai biết lý do thực sự, vui lòng cho tôi biết trong phần bình luận bên dưới.

Như các bản sửa lỗi tạm thời, tôi đã tìm thấy 2 cách để giải quyết vấn đề này:

• Nhân đôi baudrate bằng cách sử dụng nút ở phía dưới bên trái của màn hình nối tiếp. Ví dụ: nếu mã cho biết Serial.begin (9600); thay đổi đầu ra màn hình nối tiếp thành 19200.
• Thay vì chọn Arduino Lilypad làm bảng của bạn, hãy chọn Arduino Pro khi bạn lên bảng. Để thực hiện việc này trong Arduino IDE, hãy truy cập: Tools / Board / Arduino Pro hoặc Pro Mini, sau đó tải lên.

Bước 7: Hoàn thành

Tôi hy vọng bạn tìm thấy thông tin hướng dẫn này, nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc đề xuất nào, vui lòng để lại chúng trong phần bình luận bên dưới.

Giải Ba trong Cuộc thi Make It Move 2017