Spraakgestuurde robothand - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Deze instructable legt uit hoe je een spraakgestuurde robothand kunt bouwen met behulp van een Arduino Uno R3, een HC-06 Bluetooth-module en vijf stappenmotoren. [1]

Bluetooth-spraakopdrachten worden verzonden van uw Android-mobiele telefoon naar de Arduino Uno R3-interpreter die de hand bestuurt.

MIT AppInventor 2 werd gebruikt om de Android-app te schrijven die gebruikmaakt van de kracht van Google-Speech-To-Text. [2]

De hand, die is gemaakt van een lengte van 20 mm x 3 mm aluminium extrusie en een draad kleerhanger, werd geconstrueerd om enkele ideeën te testen. De constructietechnieken en code kunnen interessant zijn voor anderen.

Kenmerken omvatten:

• Eenvoudig te maken
• Individuele vingerbewegingen
• Groepsvingerbewegingen
• Programmeerbare handvormen voor verschillende taken
• Lichtgewicht
• Elke vinger wordt met een kabel bediend…
• Werkt onder water als dat nodig is (geen motoren te kort)

Exclusief uw mobiele telefoon, zijn de geschatte kosten om dit project te bouwen minder dan $ 100

Afbeeldingen

Foto 1 toont de mechanische hand.

Foto 2 toont de hand die aan het motorsamenstel is bevestigd.

Foto 3 toont de Bluetooth (mobiele telefoon) spraakcontroller

Foto 4 is een schermafbeelding met een typische dialoog

De video demonstreert de spraakgestuurde hand in actie

Opmerkingen:

[1]

De stappenmotoren zijn van eerdere projecten. Servomotoren zouden net zo goed moeten werken met een paar codewijzigingen.

[2]

MIT AppInventor 2 is gratis verkrijgbaar via

De VTT.apk-app (Voice To Text) en de VTT.aia-code voor dit project worden in deze instructable gepresenteerd als u deze wilt aanpassen.

Stap 1: Onderdelenlijst

De volgende onderdelen zijn verkregen van

• 1 alleen Arduino UNO R3 met USB-kabel
• 1 alleen Prototype PCB Breadboard voor Arduino UNO R3
• 1 alleen HC-06 Bluetooth-module
• 5 alleen 17HS3430 Nema17 12 volt stappenmotoren
• 5 alleen Big Easy Driver v1.2 A4988 Stappenmotor Driver Boards
• 5 alleen GT2 20-tands aluminium tandriemschijf Boring 5 mm Breedte 6 mm met schroef
• 5 alleen GT2 Spanrol Boring 4 mm met lager voor GT2 distributieriem Breedte 6 mm 20 tanden
• 5 alleen GT2 Gesloten Loop Distributieriem Rubber 6mm 160mm
• 1 alleen pkt 120 stks 10 cm man naar man + man naar vrouw en vrouw naar vrouw jumper draad Dupont kabel voor Arduino diy kit

De volgende onderdelen werden lokaal verkregen:

• 1 alleen lengte 20 mm x 3 mm aluminium extrusie
• 1 slechts 120 mm x 120 mm stuk aluminium schroot
• 1 alleen 200 mm x 100 mm x 6 mm compositiebord (voor hand- en polsverlenging)
• 1 alleen 500 mm x 500 mm x 6 mm composietplaat (voor grondplaat)
• 1 alleen korte lengte (ongeveer 520 mm) schroot 18 mm x 65 mm hout (voor voetplaatpoten)
• 1 alleen draad kleerhanger (circa diameter 2,4 mm)
• 1 alleen lengte gordijndraad
• 1 alleen gordijn-oog
• 1 alleen haspel 30lb nylon vislijn
• 1 slechts korte lengte van hoed-elastiek
• 1 alleen pkt kabelbinders
• 1 slechts 1200 ohm 1/8 watt weerstand
• 1 slechts 2200 ohm 1/8 watt weerstand
• 1 alleen 1N5408 3 ampère stroomdiode
• 1 alleen SPST (enkelpolige enkele worp) schakelaar
• 1 alleen 2-pins PCB-aansluitblok
• 15 alleen M3 x 9 mm nylon afstandhouders met schroefdraad
• 30 alleen M3 x 5 mm bouten (voor nylon afstandhouders)
• 30 alleen M3 x 10 mm bouten (voor vingers en motorsteunen)
• 2 alleen M4 x 15 mm bouten (voor polsverlenging)
• 5 alleen M4 x 30 mm bouten (voor spanpoelies)
• 17 alleen M4-moeren (voor spanpoelies)
• 12 alleen houtschroeven (voor voetplaatpoten)

De geschatte kosten van deze onderdelen zijn minder dan $ 100

Stap 2: Schakelschema

Het schakelschema voor de robothand wordt getoond in foto 1

De bijpassende motor / Bluetooth-schild wordt getoond op foto 2

De Big Easy Drivers worden getoond op foto 3.

De Big Easy Driver-motorcontrollers ondersteunen doorgeluste bedrading

Motor bedrading

Het kan nodig zijn om de twee middelste draden van elke 17HS3430 Nema17 12 volt stappenmotoren om te keren, aangezien de Big Easy Driver v1.2 A4988 stappenmotor-driverkaarten verwachten dat de draden van elk van de spoelwindingen aangrenzend zijn.

Om dit te bereiken is het noodzakelijk om de twee middelste draden van elke motor te verwisselen (foto 4).

De standaard kleurvolgorde voor de 17HS3430-kabels (voor mijn motoren) is rood, blauw, groen, zwart. De kleurvolgorde na de wijziging is rood, groen, blauw, zwart.

De rode, groene wikkeling wordt aangesloten op de “A”-klemmen van de Big Easy Driver.

De blauwe, zwarte wikkeling is bevestigd aan de “B”-klemmen van de Big Easy Driver.

Big Easy Driver stroomlimieten

De stroomlimiet op elk van de Big Easy Drivers moet worden ingesteld op 400mA (milli-ampère).

Om dit te behalen:

1. Schakel de stroom uit [1]
2. Koppel je Arduino los
3. Koppel elke motorkabel los
4. Draai elk van de stroombegrenzingspotentiometers op de A4988 Big Easy Driver Boards volledig met de klok mee
5. Breng 12 volt aan op de Big Easy Drivers … u zou een stroommeting moeten krijgen tussen 90mA en 100mA. Dit is de stroom die wordt getrokken door LED's.
6. Schakel de 12 volt voeding uit [1]
7. Sluit de "Thumb" -motor aan, schakel de stroom in en stel de voedingsstroom in op 490mA
8. Schakel de 12 volt voeding uit [1]
9. Koppel de duimmotor los.
10. Herhaal stap 6, 7, 8, 9 voor elk van de overige motoren

Sluit alle motorkabels aan op hun respectievelijke controllers.

De totale voedingsstroom zal iets meer dan 2 ampère zijn wanneer de stroom wordt ingeschakeld

Opmerking

[1]

Sluit NOOIT een stappenmotor aan of trek de stekker uit het stopcontact terwijl de stroom erop staat. De inductieve "kick" (spanningspiek) zal waarschijnlijk de controllers beschadigen.

Stap 3: Hand … Concept

Mijn eerste robothand, beschreven in https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, heeft veel kleine onderdelen en gebruikt ducttape voor de gewrichten.

Deze alternatieve hand is robuuster, heeft minder onderdelen en is gemakkelijker te maken.

De bovenstaande foto's tonen het basisconcept … als je de middelste bout van een stroomafnemer verwijdert, heeft de "verbinding" een rotatie van minimaal 90 graden [1]

Opmerking

[1]

Ik was van plan om de pantograafarm in mijn actuatorplotter te gebruiken https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo… maar liet het idee varen omdat er te veel ongewenste beweging was vanwege het grote aantal verbindingen.

Stap 4: Hand … Prototype

De bovenstaande foto's laten zien hoe een "vinger" kan worden gemaakt van een stuk aluminium extrusie en een draadkleerhanger.

Het gewricht heeft een soepele werking en is opmerkelijk stevig.

Moeren en bouten zijn niet nodig … een soldeerbol op elk draaduiteinde houdt ze op hun plaats.

Stap 5: Hand … constructie

Er zijn maar weinig gereedschappen nodig om deze hand te maken … alleen een ijzerzaag, een paar boren en een vijl.

Stap 1

• Teken een omtrek van je hand op papier. (foto 1)
• Markeer uw "knokkellijn" en belangrijkste "vingergewrichten"
• Negeer je vingertoppen … die buigen normaal niet zo veel … een schuine kant is voldoende. Als een lichte buiging nodig is, kan die later worden toegevoegd.

Stap 2

• Knip vingerlengte secties uit de aluminium extrusie (foto 2)
• Boor vier gaten met een diameter van de kleerhanger … één in elke hoek van de aluminium extrusie. (foto 4)
• Boor een gat met een kleinere diameter achter elk van de eerste gaten. Deze worden gebruikt voor het hoedelastiek en de nylon pezen. (foto 4)
• Knip stukken draad uit de kleerhanger en buig elk uiteinde 90 graden
• Kruis de draden bij het verbinden van de aluminium vingerdelen. De draden worden aan weerszijden ingebracht.
• Zet de draden vast door soldeer op elk draaduiteinde aan te brengen. Maak je geen zorgen over het soldeer dat aan het aluminium blijft kleven … dat doet het niet.
• Verwijder eventuele soldeervloei uit de verbindingen met minerale terpentijn (of iets dergelijks) en breng vervolgens een druppel naaimachineolie aan. Dep overtollige olie met een papieren handdoek.

Stap 3

• Bevestig elke vinger aan de houten handvorm met behulp van "L"-vormige aluminium beugels gemaakt van een stukje aluminiumplaat.
• Vijl de backstops zo dat de vingers recht zijn wanneer ze volledig zijn uitgestrekt. (foto 4)

Stap 4

Bevestig de duim (foto 2). De duimbeugel ziet er ingewikkeld uit, maar is gewoon een "L"-vormig stuk aluminiumplaat dat onder een hoek is gesneden. De bocht van 90 graden wordt vervolgens afgesneden en de uiteinden worden uitgespreid

Stap 5

• Bind een stuk hoed-elastiek tussen de resterende bovenste gaten (foto 4).
• Pas de spanning aan totdat de vingers net gestrekt zijn.

Stap 6

• Bevestig nylon pezen (vislijn) aan de onderste vingergaten.
• Leid elke nylon pees door gaten met een diameter van 2 mm die in een (gebogen) stuk hout zijn geboord. Deze gaten werken als gordijnogen. (foto 2)

Stap 7:

Een gordijnoog wordt gebruikt om de richting van de nylon duimpees te veranderen. Het gordijnoog is geschroefd in een nylon afstandhouder met M3 schroefdraad aan de andere kant van de hand

Stap 6: Software … Android

Foto 1 toont het MIT AppInventor 2 “Design” scherm voor mijn VTT (Voice-To-Text) applicatie.

Foto 2 toont de "blokken" die in deze toepassing worden gebruikt.

Foto's 3 en 4 zijn de kleine PNG-afbeeldingen die ik heb gebruikt. De microfoon is een gratis afbeelding van ergens … het Bluetooth-pictogram is van mij.

De code lezen

• De bovenste twee linker "blokken" verbinden je telefoon met de Arduino wanneer je op de "Bluetooth"-knop drukt.
• De middelste twee linker "blokken" sturen je spraakopdracht naar de arduino wanneer je op de "microfoon" -knop drukt. De tekst is gemaakt met Google Speech_To_Text.
• Alle spraakopdrachten verschijnen als tekst boven het pictogram 'microfoon'.
• De onderste twee linker "blokken" brengen deze tekst over naar de "aangepaste" knop als u een opdracht wilt herhalen tijdens het testen.
• De onderste twee blokken rechts sturen de woorden "open" en "close" naar de hand. Ik dacht dat deze handig zouden zijn bij het testen.
• De bovenste drie rechtse "blokken" regelen de timing.

VTT.apk

Het bijgevoegde VTT.apk-bestand is de daadwerkelijke Android-telefoontoepassing.

Om VTT.apk te installeren:

• Kopieer VTT.apk naar je telefoon (of e-mail het naar jezelf als bijlage)
• Wijzig uw telefooninstellingen zodat apps van derden kunnen worden geïnstalleerd
• Download een apk-installatieprogramma van
• Voer het installatieprogramma uit.

VTT.aia

Een alternatieve methode om de code te installeren is om:

• maak een MIT AppInventor-account aan
• Download en installeer MIT AppInventor 2 van
• Download en installeer "MIT AI2 Companion" van https://play.google.com/store naar uw telefoon.
• Boots foto 1 na op uw "Ontwerp"-scherm
• Repliceer de blokken weergegeven in foto 2
• Voer "MIT AI2 Companion" uit op uw telefoon
• Klik op "Bouw | App (verstrek QR-code voor.apk)”
• Klik op de QR-optie op uw telefoon wanneer de QR-code verschijnt
• Volg de aanwijzingen.

Stap 7: Arduino-software

Installatie instructies

Download het bijgevoegde bestand "VTT_voice_to_text_7.ino"

Kopieer de bestandsinhoud naar een nieuwe Arduino-schets en sla op.

Upload de schets naar je Arduino.

Ontwerpnotities

De Engelse taal is buitengewoon complex.

Vaak zijn er meerdere manieren om hetzelfde te zeggen. In de volgende voorbeelden hebben “hand” en vingers” dezelfde betekenis:

• "Open je hand" …………………………………… verwijst naar je hand
• “Open je vingers” ………………………………… verwijst naar je hand

Maar trefwoorden kunnen ook verschillende betekenissen hebben:

• “Open je vingers” ………………………………….. verwijst naar je hand
• “Open je wijs- en middelvinger” ……… verwijst naar specifieke vingers

Voor zinvolle opdrachten zijn ten minste twee trefwoorden vereist. De volgende commando's resulteren niet in een handactie omdat ze maar één trefwoord hebben:

• “Open” …………………………………………………..één trefwoord “open” [1]
• “Geef me een hand”…………………………………….één trefwoord “hand”
• “Geef me een moersleutel” ………………………………… één trefwoord “hand”

Om deze opdrachten te interpreteren heb ik trefwoorden met vergelijkbare betekenissen als volgt gegroepeerd:

• Meerdere vingers: “hand”, “vingers”, “open”, “close”, “release” [1]
• Specifieke vingers: "duim", "wijs", "midden", "ring", "klein"
• Open vingers: "open", "verhogen", "verlengen", "loslaten" [1]
• Sluit vingers: "dicht", "lager" [1]
• Taken: "carry", "hold", "pick", "demo", "calibrate"

Elke trefwoordgroep is gekoppeld aan een “vlag”. Om natuurlijke spraak te interpreteren, wordt een vlag of vlaggroep geactiveerd wanneer een trefwoord wordt gedetecteerd. De spraaktolk hoeft alleen maar naar de vlagcombinaties te kijken om te bepalen welke acties nodig zijn.

Herhaling

Recursie treedt op wanneer een commando zichzelf één of meerdere keren aanroept.

Laten we aannemen dat sommige van uw vingers zijn uitgestrekt en sommige zijn gesloten. Laten we er ook van uitgaan dat u uw duim wilt hebben uitgestrekt en uw vingers gesloten wilt hebben, zoals wanneer u iets draagt.

Methode 1

De volgende twee spraakopdrachten zullen dit bereiken:

• "open je hand"
• "sluit je wijs-middelring en pink"

Methode 2

In plaats van twee afzonderlijke opdrachten te geven, kunt u een "carry()" -taak maken:

draag dit voor mij

Deze opdracht activeert de functie "carry()" die vervolgens het volgende uitgeeft:

• proces ("open je hand");
• proces ("sluit uw wijs-middelring en pink")

Deze recursieve actie maakt het mogelijk om complexe handvormen te creëren.

Opmerking

[1]

Voor het gemak heb ik de interpreter geprogrammeerd om "open", sluit en "los" te accepteren als commando's van één woord.

Stap 8: Samenvatting

Deze instructable laat zien hoe een robothand kan worden geconstrueerd uit een korte lengte van aluminium extrusie en een draadkleerhanger.

De hand is gemaakt om enkele ideeën te testen. Aan de vingertoppen zijn oordopjes bevestigd om de grip te verbeteren.

Kenmerken omvatten:

• Eenvoudig te maken
• Elke vinger wordt met een kabel bediend.
• Individuele vingerbewegingen
• Groepsvingerbewegingen
• Programmeerbare handvormen voor verschillende taken
• Goedkoop
• Lichtgewicht
• Werkt onder water als dat nodig is (geen motoren te kort)

Elke vinger wordt met een kabel bediend. Nylon vislijn wordt gebruikt voor de pezen die elk door een stuk flexibel gordijndraad worden gevoerd.

Foto 2 in de Intro-sectie toont twee kabels … een met 2 pezen … de andere met drie. Dit is oké als de buigradius groot is, anders hebben de vingers de neiging om te blijven plakken wanneer de kabels worden gebogen. Dit werd verholpen door vijf afzonderlijke kabels in de video te gebruiken

Terwijl nylon vislijn werkt, heeft het de neiging om uit te rekken. RVS visspoor zou een betere keuze zijn… Ik heb een molen in bestelling.

De actuatoren zijn gemaakt van stappenmotoren en eindeloze riemen. De pezen worden door middel van kabelbinders aan de aandrijfriemen bevestigd.

Dit project zou even goed moeten werken met servomotoren. Kleine codewijzigingen zijn nodig als u ervoor kiest om servo's te gebruiken.

Bluetooth-spraakopdrachten worden naar uw Arduino gestuurd vanuit een Android-app voor mobiele telefoons.

De code voor de mobiele-telefoon-app is ontwikkeld met behulp van MIT AppInventor 2 en is gepubliceerd in deze instructable.

De Arduino stemtolk is uiterst betrouwbaar. De code, die is opgenomen in deze instructable, kan van nut zijn in andere projecten.

Exclusief uw mobiele telefoon, zijn de geschatte kosten om dit project te bouwen minder dan $ 100

Klik hier om mijn andere instructables te bekijken.