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基于Arduino制造的机器人手

发布时间:2021-08-12
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基于Arduino制造的机器人手

发布时间:2021-08-12
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当我看过一些关于机器人的电影,如玩具总动员里的 Wall-e 到 Iron-man 再到 Alita 的机器人电影后,我总是受到启发和鼓舞。我也非常热衷于机器人技术,相信我们可以在机器人技术的帮助下改善我们的生活。我们可以像半机械人一样轻松地做一些繁重或复杂的事情。

我也是一名工程专业的学生,​​所以我想制作一个机器人义肢,只需稍作修改即可投入使用。在这里我设计了一个机械手,灵感来自两个不同的开源项目,并从两个不同的开源项目中汲取了灵感。手臂是完全使用 3D 打印的部件构建的。它是在 ThinkerCAD 和 Fusion360 中设计的。用于 3D 打印的材料是 PLA(聚乳酸),它是一种生物塑料,可生物降解。为了进行手指打开和关闭以及手腕旋转等运动,总共使用了 5 个伺服 (MG995) 电机,这些电机使用 Arduino 板进行控制。

 视频演示 :

需要零件:

  • 3d 打印机
  • CAD 软件( TinkerCad / Fusion360 )
  • PLA 和 TPU 长丝
  • 舵机 [MG995]
  • 阿杜诺
  • 电线和面包板
  • 橡皮筋
  • 线/绳(最好是尼龙)

第1 步:CAD 设计

其中的设计部分是最关键、最重要的一步。最终产品的强度应能承受其自身重量以及一些外部重量和扭矩。

因此,在了解了我将要进行的手部运动的基础知识后,即手指运动和手腕旋转运动,我决定使用尽可能简单的形状和设计。根据我观看和阅读的大量视频和开源项目,我对应该如何设计和制造机械手有了一个大体的框架。

所以我打开了我的 ThinkerCad 帐户,导入了一些文件,并根据我的需要开始组件和设计。也就是说,许多组件是完全由我设计的,例如腕关节(手和伺服器连接在一起的地方)。虽然大部分工作是在 ThinkerCad 中完成的,但其中也有我一手设计的地方,例如腕关节是 Fusion360 的一些进一步的设计细节。

设计用于在拿起任何物体时复制自然的手部位置。
所使用的 MG995 伺服电机在 4.8V 电压下的扭矩为 2.8 KG/cm,在此特定应用中,向所有伺服电机提供 5V 的恒定功率。当伺服电机旋转时,扭矩通过滑轮传递到琴弦,因为琴弦中会产生这种张力,并且这种张力会迫使手指驱动到闭合位置。4个舵机用于驱动手指(1个拇指,1个食指,1个中指,1个用于无名指和小指)。每个手指都有指骨(3 根手指骨的生物学术语[见图])在这里我在每个指骨处添加了一个 45° 角,这样它就可以总共驱动 90°,从而实现人类手指的完全自然运动。

4 个伺服,每个在 5 个手指处产生 2Kg 的力。因此,手腕处总共会承受大约 8Kg 的闭合/挤压力,但由于关节强度,手只能承受 1.5~2Kg 的重量,因为力(拾取物体的重量)会在肘部和腕关节处施加合成扭矩。

我在下面添加了所有 3D 可下载 (.stl) 文件链接:

elbow joint.stl

hand arm body.stl

hand arm cover.stl

wrist joint.stl

Servo_Hold.stl

ServoHorn.stl

LH_Finger_Plate.stl

LH_Hand_Body.stl

第2 步:3D 打印

下载 .stl 文件后,这部分相当简单,在常规软件中打开它们。我使用标准的 Cura 和 Creality 切片器,因为它们是开源的,并且与我升级的 Ender3 配合得很好。

设置非常库存,您可以从我添加的屏幕截图中查看它。我使用了便宜的 PLA 和 TPU 进行打印,打印效果很好。我设置的是:

喷嘴温度- 200 (PLA), 210(TPU)

床温- 60(PLA), 80(TPU)

速度- 80mm/s(PLA), 60mm/s(PLA)

层高- 0.2mm

填充- 20%

我在下面添加了所有 Gcode 文件:

elbow joint.gcode

hand body cover.gcode

hand body.gcode

LH_Finger_Plate.gcode

LH_Hand_Body.gcode

Servo_Hold.gcode

ServoHorn.gcode

Tanmay Robo Potentiometer Stand v1.gcode

wrist to body joint.gcode

第 3 步:组装和电路图

在对 3D 打印部件进行一些清理之后,现在是时候进行有趣的部分了。请遵循以下步骤和准则:

1-您将下载的伺服器的喇叭(3d打印滑轮)需要用强力胶粘在伺服器的喇叭上

2- 舵机应彼此相对放置,用于拧紧舵机的孔也会指示您如何操作。

3- 用你的尼龙线拉伸它并在上面擦蜡烛蜡,然后在上面涂上薄薄的一层强力胶。现在把它切成30厘米长的碎片。

4-现在取线并通过将线从每个 3d 打印手指的孔中穿过,然后在 3d 打印手掌中引导孔来制作您的义肢。

5-使用 3D 打印臂体中的螺丝孔将伺服器固定在其位置。

6- 现在为每个手指分配一个伺服器,但请确保为无名指和小指/小指使用单个伺服器。

7- 然后仔细测量手指张开位置所需的线距,然后剪掉其余部分。

8- 将螺纹末端连接到伺服喇叭(3d 打印的滑轮)上,并在其上滴一滴强力胶以形成良好的接头,使其在负载下不会松动。

9- 现在将伺服器的喇叭拧到 3d 打印臂体的背面。

10-现在使用螺钉并将伺服支架拧紧到伺服电机上,该伺服电机将处理手腕运动的旋转。

11-现在小心地使用臂体上的孔从伺服器中取出电线并用线将它们系起来。

12- 仔细检查你的结并手动查看是否所有需要移动的东西都以指定的方式移动。

第 4 步:编码和故障排除

这又是一个直接的步骤,只需确保按照给出的电路图接线即可。

我在这个项目中使用了 Arduino Uno,因为它很便宜,并且可以很容易地处理这只义肢的工作量。

视频是测试代码,下面给出的代码是升级的,是为了执行类似人手的运动而编写的。例如每个手指单独闭合和打开,手腕旋转,物体拾取,和平标志等。

我已经上传了一个测试代码来复制人类的手指和手部动作,你可以尝试一下。还可以根据您的需要和喜好更改代码。

您可以下载下面给出的 .ino 文件。

Robotic_hand_movment.ino

第 5步:成果展示

长度= 42cm

宽度= 10.5cm

重量= 580g

扭矩= 2.8Kg(每个舵机)

夹持强度 = ~8Kg

 

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