Flex-sensorhandschoen: 7 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Dit is een leuk project dat kan worden aangepast om alles te besturen, van robotarmen tot virtual reality-interfaces.

Stap 1: Materialen en onderdelen

Voor de handschoen:

• Een goedkope tuinhandschoen
• Arduino Lilypad
• Lilypad batterijcel houder
• Geleidend naaigaren
• Normaal naaigaren
• Velostat
• plakband
• superlijm
• Elastisch
• Vijf weerstanden van 4,7 Kohm

Voor de arm:

• Vijf SG90-servo's
• Elektrische draad:
• PLA- of ABS-filament
• Ninjaflex (of ander flexibel filament)
• Vislijn
• 5V voeding
• Klein broodplankje (optioneel maar handig om de servo's parallel te bedraden)

Let op: als je geen flexibel 3D-printfilament hebt, is het mogelijk om een andere robotarm te gebruiken dan de Flexy Hand

Stap 2: Het maken van de flexibele sensoren

Het materiaal dat ik heb gebruikt, velostat, is een piëzoresistief materiaal. Dit betekent dat hij drukgevoelig is en wanneer je hem indrukt, buigt of vervormt, verandert de weerstand. Het is deze eigenschap die we zullen gebruiken om te meten hoeveel elke vinger buigt.

Begin met het snijden van 5 stroken velostat, ongeveer 0,7 cm x 8 cm, de exacte afmetingen zijn niet relevant omdat we geïnteresseerd zijn in een kwalitatieve lezing van de weerstand en niet in een kwantitatieve.

Plaats vervolgens 2 lange stukken plakband met de bedrukte zijde naar boven op een plat oppervlak en knip twee stukken geleidend naaigaren af, ik zou zeggen minstens 40 cm lang, het is altijd beter om een overschot te hebben. Breng eventueel een kleine druppel superlijm aan op het plakband, vlakbij de basis. Dit is niet verplicht, maar ik ontdekte dat het voorkomt dat het naaigaren per ongeluk wordt uitgetrokken. Als je geen geleidend naaigaren hebt, is het misschien mogelijk om voor deze stap dunne koperdraad te gebruiken, zoals de draad die je in koptelefoonkabels vindt (ik zeg "misschien", omdat ik dit idee niet heb getest).

Leg de 2 stukken naaigaren over het plakband in het midden, met het uiteinde van het naaigaren uit het uiteinde van het plakband. Het is belangrijk om bijna de volledige lengte van het plakband te gebruiken, want als u dat niet doet, verzamelt de flexsensor alleen metingen bij de basis van uw vinger en niet bij de punt.

Leg de velostat op een stuk naaigaren zodat het het uiteinde ervan bedekt (u wilt niet dat de 2 stukken naaigaren elkaar raken). Til vervolgens het andere stuk plakband op de onbedekte kant van de velostat en druk hard naar beneden om luchtbellen te verwijderen. Zorg er aan de onderkant van de sensor voor dat de 2 stukken naaigaren geen kortsluiting veroorzaken, om dit te voorkomen laat u ze aan weerszijden uit het plakband komen (vergelijkbaar met een "Y"-vormige kruising, zie afbeelding).

Knip het overtollige plakband naar wens af. Plak tenslotte een klein stukje elastiek op het uiteinde van de sensor. Herhaal dit 5 keer en pas de grootte van elke sensor aan zodat deze optimaal op uw vinger past.

Stap 3: Maak de handschoen

Ik zal een overzicht geven van de stappen die ik persoonlijk heb genomen, maar hoe u dit doet, verschilt van geval tot geval, grotendeels afhankelijk van de handschoen die u gebruikt.

Een belangrijk punt dat ik niet genoeg kan benadrukken, is dat geleidend naaigaren NIET is zoals normaal hobbydraad, er is geen isolerende omhulling. Omdat de handschoen flexibel is en op zichzelf kan terugbuigen, is het bovendien heel gemakkelijk om kortsluiting te creëren, wat resulteert in vernietigde componenten en grote gaten die in uw handschoen zijn gesmolten.

Als je geen geleidend naaigaren hebt, is het mogelijk om normale draden te gebruiken en je verbindingen te solderen.

Ik begon met het aansluiten van de batterij op de handschoen en het aansluiten van 5V en GND op de Arduino Lilypad. Naai het Lilypad nog niet helemaal vast, omdat we het naar achteren moeten buigen en eronder moeten naaien (zie foto's hierboven).

Ik zou ook aanraden om de onderkant van het Lilypad-bord te bekleden met isolatietape om kortsluiting te voorkomen.

Soldeer vervolgens de uiteinden van vijf weerstanden van 4,7 Kohm in kleine lusjes (mogelijk moet u de weerstandswaarde aanpassen op basis van de lengte en breedte van uw velostat-strips). Optioneel: gebruik hete lijm om ze aan de handschoen te bevestigen, het is lastiger om ze te naaien als ze in eerste instantie niet op hun plaats worden gehouden.

Raadpleeg de bovenstaande foto's en schakelschema goed voordat u verder gaat, het is belangrijk om uw route voor het naaigaren uit te stippelen voordat u begint anders "naait u uzelf in een hoek".

Persoonlijk begon ik te naaien van GND op het batterijpakket naar de 5 weerstanden en vervolgens van elke afzonderlijke weerstand naar de A0- tot A4-pinnen door onder het Lilypad-bord te gaan dat we eerder met isolatietape hadden bedekt. Hierna heb ik het uiteinde van de eerste flexsensor aan de duim gelijmd, waarbij het ene uiteinde van het naaigaren naar 5V gaat en het andere uiteinde naar A0. Herhaal dit voor elke vinger, maar in plaats van elke keer direct naar 5V te gaan (en een doolhof van steken te creëren), naai je gewoon op de vorige flexsensor.

Om ervoor te zorgen dat elk van de flexsensoren onder spanning blijft wanneer u uw vingers beweegt, naait u het elastiek dat we in de laatste stap aan de flexsensor hebben bevestigd aan de vingertoppen van de handschoen. Naai eventueel enkele lussen rond de flexsensor om ervoor te zorgen dat ze op hun plaats blijven terwijl u uw hand beweegt.

Soldeer tot slot 5 draden aan digitale pinnen 5 tot en met 9, deze zullen later worden gebruikt om de servo's te vertellen waar ze heen moeten.

Stap 4: Bouw de arm

Ik heb de arm-off-bestanden 3D geprint die beschikbaar zijn gesteld door de gebruiker Gyrobot op Thingiverse. Je kunt ze hier vinden.

Als je wilt kun je ook een onderarm 3D-printen, maar vanwege filamentbeperkingen heb ik een papier-maché-model van mijn eigen onderarm gemaakt. Ik gebruikte vijf SG90-servo's in een 3D-geprint frame, verbonden met elke vinger door een vislijn. Sluit alle GND- en Vin-verbindingen parallel aan op een externe voedingsbron, zoals een 5V AC-DC-wandtransformator.

Sluit de servo-ingangspinnen (meestal de oranje draden volgens afspraak) aan op de overeenkomstige digitale pinnen op de handschoen.

Stap 5: Upload de code

Tenzij je een FTDI-kabel hebt, moet je de Lilypad programmeren via een Arduino Uno. De stappen hiervoor worden beschreven in dit instructable. Zorg ervoor dat u het juiste Arduino-bordtype hebt geselecteerd, om dit te wijzigen gaat u naar Tools/Board/Lilypad Arduino.

Volg de bovenstaande instructies om eerst de kalibratiecode te uploaden.

Kopieer de uitvoer van de kalibratiecode naar regel 31 van deze code en upload deze vervolgens.

Stap 6: Reageer op de baudrate

Ik had een nogal frustrerende bug waarbij de baudrate (de snelheid waarmee gegevens via de seriële poort worden gecommuniceerd) een factor twee groter was dan ik had geprogrammeerd. Zie mijn YouTube-video rond 2:54 voor een demonstratie van het probleem. Helaas verhinderde dit me om mijn oorspronkelijke plan te volgen, namelijk om bluetooth te gebruiken en draadloos te communiceren tussen de handschoen en de robothand.

Ik kon het probleem met de baudrate niet oplossen, maar mijn beste gok is dat er een mismatch is tussen de softwarehardware, denkend dat de oscillator op het bord 8 MHz of 16 MHz is. Dit kan zijn omdat ik een goedkoop kloonbord heb gekocht en niet het officiële product. Als u het echte product gebruikt, heeft u dit probleem mogelijk niet. Desalniettemin is dit puur mijn eigen speculatie en als iemand de echte reden weet, laat het me dan weten in de reacties hieronder.

Als tijdelijke oplossing heb ik hier 2 manieren voor gevonden:

• Verdubbel de baudrate met de knop linksonder op de seriële monitor. Als de code bijvoorbeeld Serial.begin(9600) zegt; verander de uitgang van de seriële monitor naar 19200.
• In plaats van de Arduino Lilypad als je bord te kiezen, kies je de Arduino Pro als je aan boord gaat. Ga hiervoor in de Arduino IDE naar: Tools/Board/Arduino Pro of Pro Mini en upload.

Stap 7: Voltooiing

Ik hoop dat je dit instructable informatief vond, als je vragen of suggesties hebt, laat ze dan achter in de opmerking hieronder.

Derde prijs in de Make It Move-wedstrijd 2017