Gelombang Tangan Anda untuk Mengendalikan Lengan Robot OWI Tidak Ada Rentetan: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

IDEA:

Terdapat sekurang-kurangnya 4 projek lain di Instructables.com (pada 13 Mei 2015) di sekitar mengubah atau mengawal OWI Robotic Arm. Tidak menghairankan, kerana ia adalah alat robotik yang hebat dan murah untuk dimainkan. Projek ini mempunyai semangat yang serupa (iaitu, mengendalikan Lengan Robotik dengan Arduino), tetapi pendekatannya berbeza. [video]

Ideanya adalah untuk dapat mengawal Robotic Arm tanpa isyarat menggunakan isyarat. Juga, saya berusaha memastikan modifikasi Lengan Robotik minimum, sehingga masih boleh digunakan dengan alat kawalan asal.

Kedengarannya sederhana.

Yang akhirnya adalah projek tiga bahagian:

1. Sarung tangan dilengkapi dengan sensor yang mencukupi untuk mengawal LED dan 5 motor
2. Peranti pemancar berasaskan Arduino Nano untuk menerima arahan kawalan dari sarung tangan dan menghantarnya secara wayarles ke peranti pengawal Lengan
3. Peranti tanpa wayar dan alat kawalan motor berasaskan Arduino Uno yang dipasang pada Lengan Robot OWI

CIRI-CIRI

1. Sokongan untuk semua 5 Darjah Kebebasan (DOF) dan LED
2. Butang Merah Besar - untuk segera menghentikan motor di Lengan mencegah kerosakan
3. Reka bentuk modular mudah alih

Untuk pengguna mudah alih: "video promosi" projek ini terdapat di YouTube di sini.

Langkah 1: Bahagian

GLOVE:

Anda memerlukan perkara berikut untuk membina alat kawalan sarung tangan:

1. Sarung Tangan Isotoner Smartouch Tech Stretch Stitched (atau yang serupa) - di Amazon.com
2. Sensor Spectra Symboflex 2.2 "- di Amazon.com
3. GY-521 6DOF MPU6050 3 Axis Gyroscope + Accelerometer Module - di Fasttech.com
4. 2X5 BOX HEADER STRAIGHT - di Phoenixent.com
5. 2X5 IDC SOCKET-RECEPTACLE - di Phoenixent.com
6. FLAT RIBBON CABLE 10 Conductor.050 "Pitch - di Phoenixent.com
7. LED 2 x 5mm - Hijau dan Kuning
8. 2 x Butang Kecil
9. Perintang, wayar, jarum, benang hitam, gam gam, solder solder, solder, dll.

KOTAK STRAP-ON TRANSMISI:

1. Arduino Compatible Nano v3.0 ATmega328P-20AU Board - di Fasttech.com
2. nRF24L01 + 2.4GHz Wireless Transceiver Arduino Compatible - di Amazon.com
3. Gymboss WRISTBAND - di Amazon.com
4. Kotak Kotak Pemegang Bateri 9V dengan Suis ON / OFF Wire Lead - di Amazon.com
5. 2X5 BOX HEADER STRAIGHT - di Phoenixent.com
6. Bateri 9v
7. Kapasitor 47uF (50v)
8. Perintang, wayar, gam gam, soldering gun, solder, dll.

KOTAK PENGAWAL ARM ROBOTIK OWI:

1. Arduino Compatible Uno R3 Rev3 Lembaga Pembangunan - di Fasttech.com
2. Prototaip Shield DIY KIT untuk Arduino (atau yang serupa) - di Amazon.com
3. nRF24L01 + 2.4GHz Wireless Transceiver Arduino Compatible - di Amazon.com
4. Pemacu Motor IC Litar Bersepadu 16-pin 3 x L293D - di Fasttech.com
5. 1 x SN74HC595 74HC595 8-Bit Shift Register Dengan 3-State Output Register DIP16 - di Amazon.com
6. Kapasitor 47uF (50v)
7. Kotak untuk Arduino - di Amazon.com
8. Suis hidup / mati
9. Butang 2 x 13mm (satu penutup Merah dan satu Hijau)
10. 2 x 2X7 BOX HEADER STRAIGHT - sama seperti di atas di Phoenixent.com
11. FLAT RIBBON CABLE 14 Conductor.050 "Pitch - sama seperti di atas di Phoenixent.com
12. Bateri 9v + penyambung klip
13. Perintang, wayar, gam gam, soldering gun, solder, dll.

… dan tentu saja:

OWI Robotic Arm Edge - Lengan robot - OWI-535 - di Adafruit.com

Langkah 2: MELINDUNGI

Saya sangat mencadangkan untuk membuat prototaip setiap alat pengawal sebelum menyatukan semua komponen bersama-sama.

Projek ini menggunakan beberapa perkakasan yang mencabar:

nRF24L01

Saya mengambil masa sedikit untuk membuat kedua-dua nRF24 bercakap antara satu sama lain. Rupa-rupanya Nano, dan Uno tidak memberikan cukup tenaga 3.3v yang stabil agar modul berfungsi secara konsisten. Penyelesaian dalam kes saya ialah kapasitor 47uF di seluruh pin kuasa pada kedua modul nRF24. Terdapat juga beberapa kebiasaan dengan menggunakan perpustakaan RF24 dalam mod IRQ dan bukan IRQ, jadi saya cadangkan mempelajari contohnya dengan teliti.

Beberapa sumber hebat:

nRF24L01 Halaman Produk IC Transceiver RF berkekuatan ultra rendah 2.4GHz

Halaman perpustakaan Pemandu RF24

Hanya googling nRF24 + arduino yang akan menghasilkan banyak pautan. Perlu dikaji

DAFTAR SHIFT 74HC595

Tidak mengejutkan kerana harus mengawal 5 motor, LED, dua butang dan modul Wireless saya kehabisan pin pada Uno dengan cepat. Cara terkenal untuk "memperluas" bilangan pin anda adalah dengan menggunakan shift register. Oleh kerana nRF24 sudah menggunakan antara muka SPI, saya memutuskan untuk menggunakan SPI untuk pengaturcaraan shift shift juga (untuk kelajuan dan untuk menyimpan pin) dan bukannya fungsi shiftout (). Yang mengejutkan saya, ia berfungsi seperti pesona sejak pertama kali. Anda boleh melihatnya dalam penugasan pin dan lakaran.

Papan roti dan wayar pelompat adalah rakan anda.

Langkah 3: GLOVE

OWI Robotic ARM mempunyai 6 item untuk dikendalikan (Gambar OWI Robotic Arm Edge)

1. LED yang terletak di GRIPPER peranti
2. SEORANG GRIPPER
3. PENULIS
4. ELBOW - adalah bahagian lengan robot yang melekat pada WRIST
5. SHOULDER adalah bahagian lengan robot yang melekat pada BASE
6. ASAS

Sarung tangan ini dirancang untuk mengawal LED Robotic Arm dan semua 5 motor (Darjah Kebebasan).

Saya mempunyai sensor yang bertanda pada gambar dan juga penerangan di bawah:

1. GRIPPER dikendalikan oleh butang yang terletak di jari tengah dan kelingking. Gripper ditutup dengan menekan jari telunjuk dan jari tengah bersama-sama. Gripper dibuka dengan menekan cincin dan merah jambu bersama-sama.
2. WRIST dikendalikan oleh perintang fleksibel pada pencari indeks. Melengkung jari separuh jalan sehingga pergelangan tangan turun ke bawah, dan melengkung sepanjang jalan membuat pergelangan tangan naik. Memastikan jari telunjuk lurus menghentikan pergelangan tangan.
3. ELBOW dikendalikan oleh accelerometer - memiringkan telapak tangan ke atas dan ke bawah menggerakkan siku ke atas dan ke bawah masing-masing
4. SHOULDER dikendalikan oleh accelerometer - memiringkan telapak tangan ke kanan dan ke kiri (walaupun tidak terbalik!) Menggerakkan bahu ke atas dan ke bawah masing-masing
5. BASE dikendalikan oleh accelerometer juga, sama dengan bahu memiringkan ke kanan dan ke kiri sepanjang jalan terbalik (telapak menghadap ke atas) menggerakkan pangkalan ke kanan dan kiri masing-masing
6. LED pada gripper dihidupkan / dimatikan dengan menekan kedua-dua butang kawalan gripper bersama-sama.

Semua tindak balas butang ditangguhkan 1/4 saat untuk mengelakkan kegelisahan.

Memasang sarung tangan memerlukan penyolderan dan jahitan yang banyak. Pada dasarnya ia hanya melekatkan 2 butang, perintang fleksibel, modul Accel / Gyro ke kain sarung tangan dan wayar penghala ke kotak penyambung.

Dua LED pada kotak sambungan adalah:

1. HIJAU - hidupkan
2. KUNING - berkedip ketika data dihantar ke kotak kawalan lengan.

Langkah 4: KOTAK PENGANGKUTAN

Kotak pemancar pada asasnya adalah Arduino Nano, modul tanpa wayar nRF24, penyambung wayar fleksibel dan 3 perintang: 2 perintang tarik 10 kOhm untuk butang kawalan gripper pada sarung tangan, dan perintang pembahagian voltan 20 kOhm untuk sensor fleksibel yang mengawal pergelangan tangan.

Semuanya disatukan bersama di papan vero. Perhatikan bahawa nRF24 "tergantung" di atas Nano. Saya bimbang ini boleh menyebabkan gangguan, tetapi ia berjaya.

Menggunakan bateri 9v menjadikan bahagian tali agak besar, tetapi saya tidak mahu mengacaukan bateri LiPo. Mungkin kemudian.

Sila lihat langkah penugasan pin untuk arahan pematerian

Langkah 5: KOTAK PENGAWAL ARM

Kotak kawalan lengan berdasarkan Arduino Uno. Ia menerima arahan dari sarung tangan tanpa wayar melalui modul nRF24, dan mengendalikan OWI Robotoc Arm melalui 3 cip pemacu L293D.

Oleh kerana hampir semua pin Uno digunakan, terdapat banyak wayar di dalam kotak - hampir tidak ditutup!

Dengan reka bentuk, kotak bermula dalam mod OFF (seolah-olah butang redstop ditekan), memberi masa kepada operator untuk mengenakan sarung tangan dan bersiap-siap. Setelah siap, operator menekan butang hijau, dan hubungan antara sarung tangan dan kotak kawalan harus segera dibuat (seperti yang ditunjukkan oleh LED kuning pada sarung tangan dan LED merah pada kotak kawalan).

BERHUBUNG DENGAN OWI

Sambungan ke lengan robot dibuat melalui header dwi baris 14 pin (mengikut gambar di atas) melalui kabel rata 14 wayar.

• Sambungan LED ke landasan biasa (-) dan pin arduino A0 melalui perintang 220 Ohm
• Semua wayar motor disambungkan ke pin L293D 3/6, atau 11/14 (masing-masing +/-). Setiap L293D menyokong 2 motor, oleh itu dua pasang pin.
• Garis kuasa OWI paling kiri (+ 6v) dan paling kanan (GND) pin penyambung 7 pin di bahagian belakang atas kuning. (Anda dapat melihat wayar terpasang pada gambar di atas). Kedua-dua ini disambungkan ke pin 8 (+) dan 4, 5, 12, 13 (GND) pada ketiga L293D.

Sila lihat penugasan pin yang selebihnya pada langkah seterusnya

Langkah 6: TUGASAN PIN

NANO:

• Cip 3.3v - 3.3v hingga nRF24L01 (pin 2)
• 5v - 5v ke papan Accelerometer, butang, sensor fleksibel
• a0 - input perintang fleksibel
• a1 - kawalan LED "koms" kuning
• a4 - SDA ke pecutan
• a5 - SCL ke pecutan
• d02 - nRF24L01 cip Pin interrupt (pin 8)
• d03 - input butang gripper terbuka
• d04 - masukan butang tutup rapat
• d09 - Pin SPI CSN ke cip nRF24L01 (pin 4)
• d10 - Pin SPI CS ke cip nRF24L01 (pin 3)
• d11 - SPI MOSI ke cip nRF24L01 (pin 6)
• d12 - SPI MISO ke cip nRF24L01 (pin 7)
• d13 - SPI SCK ke cip nRF24L01 (pin 5)
• Vin - 9v +
• GND - landasan bersama

UNO:

• Cip 3.3v - 3.3v hingga nRF24L01 (pin 2)
• Butang 5v - 5v hingga
• Vin - 9v +
• GND - landasan bersama
• a0 - Pergelangan Tangan LED +
• a1 - Pin SPI SS untuk Shift Register Select - untuk pin 12 pada Shift Register
• a2 - Input butang MERAH
• a3 - Input butang HIJAU
• a4 - pangkalan arah kanan - pin 15 pada L293D
• a5 - koms dipimpin
• d02 - input IRQ nRF24L01 (pin 8)
• d03 - aktifkan pin servo asas (pwm) 1 atau 9 pada L293D
• d04 - pangkalan arah kiri - pin 10 pada L293D masing-masing
• d05 - aktifkan pin servo bahu (pwm) 1 atau 9 pada L293D
• d06 - aktifkan pin servo siku (pwm) 1 atau 9 pada L293D
• d07 - Pin SPI CSN ke cip nRF24L01 (pin 4)
• d08 - Pin SPI CS ke cip nRF24L01 (pin 3)
• d09 - aktifkan pin pergelangan tangan (pwm) pin 1 atau 9 pada L293D
• d10 - aktifkan pin servo (pwm) pin 1 atau 9 pada L293D
• d11 - SPI MOSI ke cip nRF24L01 (pin 6) dan pin 14 pada Shift Register
• d12 - SPI MISO ke cip nRF24L01 (pin 7)
• d13 - SPI SCK ke cip nRF24L01 (pin 5) dan pin 11 pada Shift Register

DAFTAR SHIFT DAN L293D:

• pin QA (15) dari 74HC595 ke pin 2 dari L293D # 1
• pin QB (1) dari 74HC595 ke pin 7 dari L293D # 1
• pin QC (2) dari 74HC595 ke pin 10 dari L293D # 1
• pin QD (3) dari 74HC595 ke pin 15 dari L293D # 1
• pin QE (4) dari 74HC595 ke pin 2 dari L293D # 2
• pin QF (5) dari 74HC595 ke pin 7 dari L293D # 2
• pin QG (6) dari 74HC595 ke pin 10 dari L293D # 2
• pin QH (7) dari 74HC595 ke pin 15 dari L293D # 2

Langkah 7: KOMUNIKASI

Glove menghantar 2 bait data ke kotak kawalan 10 kali sesaat atau setiap kali isyarat dari salah satu sensor diterima.

2 bait mencukupi untuk 6 kawalan kerana kami hanya perlu menghantar:

• ON / OFF untuk LED (1 bit) - Saya sebenarnya menggunakan 2 bit agar selaras dengan motor, tetapi satu cukup
• MATI / KANAN / KIRI untuk 5 motor: masing-masing 2 bit = 10 bit

Jumlah 11 atau 12 bit sudah mencukupi.

Kod arah:

• MATI: 00
• KANAN: 01
• KIRI: 10

Kata kawalan kelihatan seperti ini (sedikit bijak):

Byte 2 ---------------- Byte 1 ----------------

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 0 0 LED-- M5-- M4-- M3-- M2-- M1--

• M1 - pencengkam
• M2 - pergelangan tangan
• M3 - siku
• M4 - bahu
• M5 - asas

Byte 1 dapat dimasukkan dengan mudah secara langsung ke dalam shift shift, kerana mengendalikan arah kanan / kiri motor 1 hingga 4.

Masa tamat 2 saat diaktifkan untuk komunikasi. Sekiranya tamat masa, semua motor dihentikan seolah-olah butang MERAH ditekan.

Langkah 8: Lakaran dan Banyak Lagi …

GLOVE

Sketsa sarung tangan menggunakan perpustakaan berikut:

• DirectIO - boleh didapati di Github
• I2Cdev - boleh didapati di Github
• Wire - sebahagian daripada Arduino IDE
• MPU6050 - boleh didapati di Github
• SPI - sebahagian daripada Arduino IDE
• RF24 - boleh didapati di Github

dan tiga perpustakaan yang dibangunkan oleh saya:

• AvgFilter - tersedia dari Github
• DhpFilter - boleh didapati di Github
• TaskScheduler - tersedia di Github

Sketsa sarung tangan boleh didapati di sini: Sketsa Sarung Tangan v1.3

KOTAK KAWALAN ARM

Lakaran sketsa menggunakan perpustakaan berikut:

• DirectIO - boleh didapati di Github
• PinChangeInt - tersedia di Github
• SPI - sebahagian daripada Arduino IDE
• RF24 - boleh didapati di Github

dan perpustakaan yang dibangunkan oleh saya:

TaskScheduler - tersedia di Github

Lakaran sketsa terdapat di sini: Lakaran Lengan v1.3

Lembaran Data untuk perkakasan yang digunakan

• Daftar pergeseran 74HC595 - lembaran data
• Pemacu motor L293D - lembaran data
• modul tanpa wayar nRF24 - lembaran data
• Modul akselerometer / giroskop MPU6050 - lembaran data

31 Mei 2015 KEMASKINI:

Sketsa kotak kawalan sarung tangan dan lengan versi baru boleh didapati di sini: Sketsa Sarung Tangan dan Lengan v1.5

Mereka juga terletak di github di sini.

Perubahan

• Menambah dua bait lagi ke struktur komunikasi untuk menghantar kelajuan motor yang diminta untuk motor Wrist, Elbow, Shoulder dan Base sebagai nilai 5 bit (0.. 31) dari Glove sebanding dengan sudut isyarat kawalan (lihat di bawah). Arm Control Box memetakan nilai [0.. 31] ke nilai PWM masing-masing untuk setiap motor. Ini membolehkan kawalan kelajuan secara beransur-ansur oleh pengendali, dan pengendalian lengan yang lebih tepat.
• Kumpulan isyarat baru:

1. LED: Butang kawalan LED - butang jari tengah - AKTIF, butang jari kelingking - MATI

2. GRIPPER: Jalur fleksibel mengawal Gripper - jari separuh bengkok - BUKA, jari bengkok sepenuhnya - TUTUP

3. WRIST: Pergelangan tangan dikendalikan dengan memiringkan telapak tangan dari kedudukan mendatar sepenuhnya ke atas dan ke bawah masing-masing. Lebih condong menghasilkan lebih banyak kelajuan

4. ARM: Lengan dikendalikan dengan memiringkan telapak tangan dari kedudukan mendatar sepenuhnya KIRI dan KANAN. Lebih condong menghasilkan lebih banyak kelajuan

5. SHOULDER: Bahu dikendalikan dengan memutar tapak tangan KANAN dan KIRI dari tapak tangan yang menunjuk pada kedudukan lurus ke atas. Telapak tangan diputar di sepanjang paksi siku (seperti melambaikan tangan anda)

6. ASAS: Pangkalan dikendalikan dengan cara yang sama seperti bahu dengan telapak tangan menunjuk ke bawah.

Langkah 9: APA YANG LAIN?

IMAGINASI DI KERJA

Seperti biasa dengan sistem seperti itu, mereka dapat diprogram untuk melakukan lebih banyak lagi.

Sebagai contoh, reka bentuk semasa sudah memasukkan kemampuan tambahan, tidak mungkin dengan alat kawalan jauh standard:

• Peningkatan kelajuan secara beransur-ansur: setiap pergerakan motor dimulai pada kecepatan minimum yang telah ditentukan, yang ditingkatkan secara bertahap setiap 1 saat sehingga kecepatan maksimum dicapai. Ini membolehkan kawalan yang lebih tepat bagi setiap motor (terutamanya pergelangan tangan dan pencengkam)
• Pembatalan gerakan lebih cepat: apabila perintah diterima oleh Arm Box untuk menghentikan motor, ia akan memutar motor seketika sekitar 50 ms, sehingga "mematahkan" pergerakan, dan memungkinkan kawalan yang lebih tepat.

APA LAGI?

Mungkin isyarat kawalan yang lebih terperinci dapat dilaksanakan. Atau isyarat serentak dapat digunakan untuk kawalan yang rumit. Bolehkah Lengan menari?

Sekiranya anda mempunyai idea bagaimana memprogram ulang sarung tangan, atau mempunyai versi lakaran yang ingin saya uji - sila beritahu saya: [email protected]

Langkah 10: *** KAMI MENANG !!! ***

Projek ini memenangi Hadiah Pertama dalam pertandingan Coded Creations yang ditaja oleh Microsoft.

Lihatlah! WOO-HOO !!!

Hadiah Kedua dalam Ciptaan Berkod