Hlasem ovládaná robotická ruka: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Tento návod vysvětluje, jak vytvořit hlasem ovládanou robotickou ruku pomocí Arduino Uno R3, modulu Bluetooth HC-06 a pěti krokových motorů. [1]

Hlasové příkazy Bluetooth jsou odesílány z vašeho mobilního telefonu Android do tlumočníka Arduino Uno R3, který ovládá ruku.

MIT AppInventor 2 byl použit k napsání aplikace pro Android, která využívá sílu Google-Speech-To-Text. [2]

Ruka, která je vyrobena z extrudovaného hliníku o délce 20 mm x 3 mm a drátěného věšáku, byla zkonstruována tak, aby otestovala některé nápady. Stavební techniky a kód mohou být zajímavé pro ostatní.

Mezi funkce patří:

• Jednoduché na výrobu
• Jednotlivé pohyby prstů
• Skupinové pohyby prstů
• Programovatelné tvary rukou pro různé úkoly
• Lehká váha
• Každý prst je ovládán kabelem…
• Práce pod vodou by měly být nutné (žádné motory na zkrat)

Bez vašeho mobilního telefonu je odhadovaná cena stavby tohoto projektu nižší než 100 $

snímky

Fotografie 1 ukazuje mechanickou ruku.

Fotografie 2 ukazuje ruku připevněnou k sestavě motoru.

Fotografie 3 ukazuje hlasový ovladač Bluetooth (mobilní telefon)

Fotografie 4 je snímek obrazovky zobrazující typický dialog

Video ukazuje hlasem ovládanou ruku v akci

Poznámky

[1]

Krokové motory jsou z minulých projektů. Servomotory by měly fungovat stejně dobře s několika změnami kódu.

[2]

MIT AppInventor 2 je volně dostupný z

Aplikace VTT.apk (Voice To Text) a kód VTT.aia pro tento projekt jsou uvedeny v tomto pokynu, pokud jej chcete přizpůsobit.

Krok 1: Seznam dílů

Následující části byly získány z

• 1 pouze Arduino UNO R3 s kabelem USB
• 1 pouze prototypová deska plošných spojů pro Arduino UNO R3
• 1 pouze Bluetooth modul HC-06
• 5 pouze 17HS3430 Nema17 12voltové krokové motory
• 5 Pouze desky Big Easy Driver v1.2 A4988 Stepper Motor Driver
• 5 pouze GT2 20 zubová hliníková rozvodová řemenice, šířka 5 mm, 6 mm se šroubem
• 5 pouze vrták napínací kladky GT2 4 mm s ložiskem pro rozvodový řemen GT2 šířka 6 mm 20 zubů
• 5 pouze GT2 Ozubený řemen s uzavřenou smyčkou 6 mm 160 mm
• 1 pouze pkt 120ks 10cm samec na samec + propojovací kabel samec na samice a samice na ženu kabel Dupont pro sadu Arduino DIY

Následující části byly získány lokálně:

• 1 pouze délka 20 mm x 3 mm protlačování hliníku
• 1 pouze 120 mm x 120 mm kus hliníkového šrotu
• 1 pouze kompoziční deska 200 mm x 100 mm x 6 mm (pro prodloužení ruky a zápěstí)
• 1 pouze kompoziční deska 500 mm x 500 mm x 6 mm (pro základní desku)
• 1 šrot pouze krátké délky (přibližně 520 mm), dřevo 18 mm x 65 mm (pro nohy základové desky)
• 1 pouze drátěný věšák (přibližně průměr 2,4 mm)
• 1 pouze délka záclonového drátu
• 1 pouze závěsné oko
• 1 pouze naviják 30lb nylonová rybářská šňůra
• 1 pouze krátká čepice-elastická
• 1 pouze kabelové vázací pásky pkt
• 1 pouze odpor 1200 ohmů 1/8 wattů
• 1 pouze 2200 ohm 1/8 wattový odpor
• 1 pouze 1N5408 3 amp výkonová dioda
• 1 pouze přepínač SPST (jednopólový jednoházkový)
• 1 pouze 2pinová svorkovnice DPS
• 15 pouze nylonových distančních podložek se závitem M3 x 9 mm
• 30 pouze šroubů M3 x 5 mm (pro nylonové distanční sloupky)
• 30 pouze šroubů M3 x 10 mm (pro prsty a držáky motoru)
• 2 pouze šrouby M4 x 15 mm (pro prodloužení zápěstí)
• 5 pouze šroubů M4 x 30 mm (pro napínací kladky)
• 17 pouze matic M4 (pro napínací kladky)
• 12 pouze šroubů do dřeva (pro nohy základové desky)

Odhadované náklady na tyto díly jsou nižší než 100 $

Krok 2: Schéma zapojení

Schéma zapojení pro ruku robota je zobrazeno na fotografii 1

Odpovídající štít motoru / Bluetooth je zobrazen na fotografii 2

Ovladače Big Easy jsou zobrazeny na fotografii 3.

Řadiče motorů Big Easy Driver podporují řetězové zapojení

Zapojení motoru

Může být nutné obrátit dva středové dráty z každého krokového motoru 17HS3430 Nema17 12 voltů, protože desky ovladačů krokového motoru Big Easy Driver v1.2 A4988 očekávají, že vodiče z každého vinutí cívky budou sousedit.

Abyste toho dosáhli, je nutné vyměnit dva středové vodiče z každého motoru (foto 4).

Výchozí barevná sekvence pro kabely 17HS3430 (pro mé motory) je červená, modrá, zelená, černá. Sekvence barev po úpravě je červená, zelená, modrá, černá.

Červené, zelené vinutí je připojeno ke svorkám „A“Big Easy Driver.

Modré, černé vinutí je připojeno ke svorkám „B“ovladače Big Easy Driver.

Velké snadné limity aktuálního ovladače

Proudový limit na každém z ovladačů Big Easy musí být nastaven na 400 mA (miliampéry).

Dosáhnout toho:

1. Vypnout napájení [1]
2. Odpojte Arduino
3. Odpojte každý kabel motoru
4. Otočte každý z potenciometrů omezujících proud na deskách A4988 Big Easy Driver úplně ve směru hodinových ručiček
5. Připojte 12 voltů k ovladačům Big Easy… měli byste získat aktuální hodnotu mezi 90 mA a 100 mA. Toto je proud odebíraný LED diodami.
6. Vypněte 12voltové napájení [1]
7. Zapojte motor „Thumb“, připojte napájení a upravte napájecí proud na 490mA
8. Vypněte 12voltové napájení [1]
9. Odpojte motor palce.
10. Opakujte kroky 6, 7, 8, 9 pro všechny zbývající motory

Zapojte všechny kabely motoru do příslušných ovladačů.

Celkový napájecí proud bude při napájení přesahovat 2 A

Poznámka

[1]

NIKDY nezapojujte ani neodpojujte krokový motor s připojeným napájením. Indukční „kop“(napěťový špička) pravděpodobně poškodí regulátory.

Krok 3: Ruka… Koncept

Moje první robotická ruka, popsaná v https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, má mnoho malých dílů a pro spoje používá lepicí pásku.

Tato alternativní ruka je odolnější, má méně částí a je jednodušší ji vyrobit.

Výše uvedené fotografie ukazují základní koncept … pokud odstraníte středový šroub ze sběrače, „kloub“se otočí minimálně o 90 stupňů [1]

Poznámka

[1]

Měl jsem v úmyslu použít rameno pantografu v mém akčním plotru https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo…, ale od této myšlenky jsem upustil, protože kvůli velkému počtu kloubů došlo k příliš velkému nežádoucímu pohybu.

Krok 4: Ruka … Prototyp

Výše uvedené fotografie ukazují, jak lze z délky vytlačování hliníku a drátěného věšáku vytvořit „prst“.

Kloub má hladký chod a je pozoruhodně robustní.

Matice a šrouby nejsou nutné … pájecí kulička na každém konci drátu je zajišťuje na místě.

Krok 5: Ruka… Konstrukce

K výrobě této ruky je potřeba jen pár nástrojů … jen pila, pár vrtaček a pilník.

Krok 1

• Nakreslete obrys ruky na papír. (foto 1)
• Označte „linii kloubu“a hlavní „články prstů“
• Ignorujte konečky prstů … obvykle se tolik neohýbají … postačí zkosení. Je -li vyžadován mírný ohyb, lze jej přidat později.

Krok 2

• Odřízněte části délky prstu z hliníkového vytlačování (foto 2)
• Vyvrtejte čtyři otvory o průměru věšáku … jeden v každém rohu hliníkové extruze. (foto 4)
• Za každým z prvních otvorů vyvrtejte otvor o menším průměru. Ty se používají pro klobouk elastické a nylonové šlachy. (foto 4)
• Odřízněte délky drátu z věšáku a každý konec ohněte o 90 stupňů
• Při spojování hliníkových částí prstů zkřížte dráty. Dráty jsou vloženy z opačných stran.
• Zajistěte dráty nanesením pájky na každý konec drátu. Nebojte se, že by se pájka lepila na hliník … to ne.
• Odstraňte veškerý tok pájky ze spojů pomocí minerálního terpentýnu (nebo podobného) a poté naneste kapku oleje do šicího stroje. Přebytečný olej odstraňte papírovou utěrkou.

Krok 3

• Připojte každý prst k dřevěnému tvaru ruky pomocí hliníkových držáků ve tvaru „L“vyrobených ze zbytku hliníkového plechu.
• Podejte uzávěry zpětného chodu tak, aby byly prsty při plném vysunutí rovné. (foto 4)

Krok 4

Připojte palec (foto 2). Držák palce vypadá komplikovaně, ale je to prostě kus hliníkového plechu ve tvaru „L“řezaný pod úhlem. Ohyb 90 stupňů se poté ořízne a konce se roztáhnou

Krok 5

• Mezi zbývající horní otvory uvařte kousek klobouku (foto 4).
• Upravte napětí, dokud se prsty jen nevysunou.

Krok 6

• Připevněte nylonové šlachy (vlasec) k dolním otvorům pro prsty.
• Protáhněte každou nylonovou šlachu otvory o průměru 2 mm vyvrtanými do (zakřiveného) kusu dřeva. Tyto otvory působí jako záclonové oči. (foto 2)

Krok 7:

Pro změnu směru nylonové šlachy palce slouží závěsné oko. Závěsné oko je našroubováno do nylonové podpěry se závitem M3 umístěné na druhé straně ruky

Krok 6: Software … Android

Fotografie 1 ukazuje obrazovku „Design“MIT AppInventor 2 pro moji aplikaci VTT (Voice-To-Text).

Fotografie 2 ukazuje „bloky“použité v této aplikaci.

Fotografie 3 a 4 jsou malá grafika PNG, kterou jsem použil. Mikrofon je odněkud bezplatná grafika … ikona Bluetooth je moje.

Čtení kódu

• Horní dva „bloky“na levé straně spojují váš telefon s Arduinem, když stisknete tlačítko „Bluetooth“.
• Prostřední dva levé „bloky“odešlou váš hlasový příkaz arduinu, když stisknete tlačítko „mikrofon“. Text je vytvořen pomocí Google Speech_To_Text.
• Všechny hlasové příkazy se zobrazují jako text nad ikonou „mikrofonu“.
• Dolní dva levé „bloky“přenesou tento text na tlačítko „vlastní“, pokud si přejete při testování příkaz zopakovat.
• Spodní dva pravé bloky vysílají do ruky slova „otevřeno“a „zavřít“. Myslel jsem, že by byly užitečné při testování.
• Tři nejlepší „bloky“na pravé straně řídí načasování.

VTT.apk

Přiložený soubor VTT.apk je skutečnou aplikací pro telefon Android.

Chcete -li nainstalovat VTT.apk:

• Zkopírujte VTT.apk do telefonu (nebo si jej pošlete e -mailem jako přílohu)
• Změňte nastavení telefonu a povolte instalaci aplikací třetích stran
• Stáhněte si instalační program apk z
• Spusťte instalační program.

VTT.aia

Alternativní způsob instalace kódu je:

• vytvořte si účet MIT AppInventor
• Stáhněte a nainstalujte MIT AppInventor 2 z
• Stáhněte si a nainstalujte do svého telefonu „MIT AI2 Companion“z
• Mimic Photo 1 na obrazovce „Design“
• Zkopírujte bloky zobrazené na fotografii 2
• Spusťte v telefonu „MIT AI2 Companion“
• Klikněte na „Build | Aplikace (zadejte QR kód pro.apk) “
• Jakmile se zobrazí QR kód, klikněte na telefonu na možnost QR
• Postupujte podle pokynů.

Krok 7: Software Arduino

pokyny pro instalaci

Stáhněte si přiložený soubor „VTT_voice_to_text_7.ino“

Zkopírujte obsah souboru do nové skici Arduino a uložte.

Nahrajte skicu do svého Arduina.

Poznámky k návrhu

Angličtina je velmi složitá.

Často existuje několik způsobů, jak říci totéž. V následujících příkladech mají „ruka“a prsty stejný význam:

• „Otevřete ruku“……………………………………… týká se vaší ruky
• „Otevřete prsty“…………………………………… označuje vaši ruku

Klíčová slova však mohou mít také různé významy:

• „Otevřete prsty“………………………………….. týká se vaší ruky
• „Otevřete svůj index a prostředníček“………… označuje konkrétní prsty

Smysluplné příkazy vyžadují alespoň dvě klíčová slova. Následující příkazy nevedou k ruční akci, protože mají pouze jedno klíčové slovo:

• „Otevřít“…………………………………………………….. jedno klíčové slovo „otevřít“[1]
• „Podej mi ruku“………………………………………. Jedno klíčové slovo „ruka“
• „Podej mi klíč“………………………………… jedno klíčové slovo „ruka“

K interpretaci těchto příkazů jsem seskupil klíčová slova s podobným významem následovně:

• Více prstů: „ruka“, „prsty“, „otevřeno“, „zavřít“, „uvolnit“[1]
• Konkrétní prsty: „palec“, „index“, „střední“, „prsten“, „malý“
• Otevřené prsty: „otevřít“, „zvednout“, „prodloužit“, „uvolnit“[1]
• Zavřít prsty: „zavřít“, „snížit“[1]
• Úkoly: „přenášet“, „držet“, „vybírat“, „demo“, „kalibrovat“

Každá skupina klíčových slov je spojena s „vlajkou“. K interpretaci přirozené řeči se spustí příznak nebo skupina příznaků vždy, když je detekováno klíčové slovo. Tlumočníkovi řeči stačí podívat se na kombinace příznaků, aby zjistil, jaké akce jsou vyžadovány.

Rekurze

K rekurzi dochází, když se příkaz zavolá jednou nebo vícekrát.

Předpokládejme, že některé vaše prsty jsou prodloužené a některé zavřené. Předpokládejme také, že chcete mít palec natažený a prsty zavřené, jako když něco nosíte.

Metoda 1

Toho dosáhnou následující dva hlasové příkazy:

• „Otevři ruku“
• "Zavřete prostřední prsten indexu a malé prsty"

Metoda 2

Místo vydávání dvou samostatných příkazů můžete vytvořit úkol „carry ()“:

„Vezmi to za mě“

Tento příkaz aktivuje funkci „carry ()“, která poté vydá:

• proces („otevřete ruku“);
• proces („zavřete prostřední prsten indexu a malé prsty“)

Tato rekurzivní akce umožňuje vytvářet složité tvary rukou.

Poznámka

[1]

Pro pohodlí jsem tlumočníka naprogramoval tak, aby přijímal příkazy „otevřít“, zavřít a „uvolnit“jako jednoslovné příkazy.

Krok 8: Shrnutí

Tento návod ukazuje, jak lze ruku robota sestrojit z krátké délky protlačování hliníku a drátěného věšáku.

Ruka byla zkonstruována tak, aby otestovala některé nápady. Na špičky prstů jsou připevněny špunty do uší, aby se zlepšil úchop.

Mezi funkce patří:

• Jednoduché na výrobu
• Každý prst je ovládán kabelem.
• Jednotlivé pohyby prstů
• Skupinové pohyby prstů
• Programovatelné tvary rukou pro různé úkoly
• Nízké náklady
• Lehká váha
• Práce pod vodou by měly být nutné (žádné motory na zkrat)

Každý prst je ovládán kabelem. Nylonová rybářská šňůra se používá pro šlachy, z nichž každá je přiváděna po délce pružného závěsového drátu.

Fotografie 2 v sekci Úvod ukazuje dva kabely … jeden se 2 kabely… druhý se třemi. To je v pořádku, pokud je poloměr ohybu velký, jinak se prsty při lepení kabelů obvykle přilepí. To bylo překonáno použitím pěti samostatných kabelů ve videu

Zatímco nylonová rybářská šňůra funguje, má tendenci se natahovat. Rybaření z nerezové oceli by bylo lepší volbou … Mám naviják na objednávku.

Pohony jsou vyrobeny z krokových motorů a nekonečných řemenů. Kabely jsou připevněny k hnacím řemenům pomocí stahovacích pásků.

Tento projekt by měl stejně dobře fungovat se servomotory. Pokud se rozhodnete používat serva, budou nutné drobné změny kódu.

Hlasové příkazy Bluetooth se do vašeho Arduina odesílají z aplikace pro mobilní telefon Android.

Kód pro aplikaci pro mobilní telefon byl vyvinut pomocí MIT AppInventor 2 a je publikován v tomto návodu.

Hlasový tlumočník Arduino je mimořádně spolehlivý. Kód, který je součástí tohoto pokynu, může být použitelný v jiných projektech.

Bez vašeho mobilního telefonu jsou odhadované náklady na stavbu tohoto projektu nižší než 100 $

Kliknutím sem zobrazíte mé další pokyny.