Как сделать кибер руку своими руками

Мастер-класс Проект Моделирование конструирование Мастер класс по изготовлению модели механической руки Бумага Материал бросовый

Знакомство с такой серьезной и загадочной отраслью науки, как робототехника всегда производит на детей сильное впечатление, вызывает у них интерес к науке и жажду своих собственных исследований. Кроме того, у этой игрушки прикладное назначение – знакомство ребенка с законами механики и их применение в реальной жизни. Получается, что это вовсе и не игрушка, а замечательный помощник в учебе!
С удовольствием представляю Вам мастер класс по изготовлению механической руки. По внешнему виду она напоминает экзоскелет, повторяющий естественные движения человеческой руки. Чтобы управлять этим удивительным устройством юному инженеру понадобится изучить строение человеческой руки и перенести его на картонный прототип, а затем «научить» руку двигаться.
Для работы понадобятся следующие материалы и инструменты:
картон; простой карандаш и маркер;ножницы;канцелярский нож;5 пластиковых трубочек; аптечные резинки; нитки средней толщины, иголка; клеящий пистолет.

Ход работы.
Шаг первый. Положите руку на картон, обведите и вырежьте.

Обратите внимание на направление волокон многослойного картона.

Шаг второй. Промаркируйте линии сгибов фаланг на картоне, ориентируясь по своей руке.

Шаг третий. В местах сгибов фаланг пальцев сделайте небольшие надрезы канцелярским ножом на внешней стороне руки. Зафиксируйте сгибы на каждой фаланге.

Пальцы картонной руки должны свободно сгибаться в местах надрезов.

Шаг четвертый. Прикрепите пластиковые трубочки с помощью скотча к «руке» как показано на рисунке.

Шаг пятый. Теперь на местах сгиба фаланг пальцев сделайте надрез на пластиковых трубочках на внутренней стороне. Надрезы должны иметь угол примерно 45 градусов, чтобы «пальцы» могли сгибаться.

Шаг шестой. Удалите скотч и приклейте пластиковые трубочки к картону с помощью клеевого пистолета как показано на рисунке.

Шаг седьмой. Проденьте в трубочки нитки и закрепите их на концах «пальцев». Здесь же прикрепите аптечные резинки.

Шаг восьмой. С помощью клеевого пистолета закрепите резинки на тыльной стороне «руки».

Механическая рука готова! Удерживая нити в руке и потягивая их на себя можно выполнять различные движения рукой: сгибать пальцы, брать легкие предметы и т.п.

Поняв принцип работы механической руки, можно предложить детям сделать собственные проекты по изготовлению собственных вариантов экзоскелетных рук. На детей производит особое впечатление, когда на такую «руку» надета перчатка.

Для более наглядного изучения строения человеческой руки можно с тыльной стороны можно нарисовать скелет реальных костей руки.

Желаю всем приятно и с пользой провести время с детьми!

Источник

Настольная робо-рука манипулятор из оргстекла на сервоприводах своими руками или реверс-инжиниринг uArm

Хочу поделиться с вами результатами реверс-инжиниринга uArm – простого настольно манипулятора из оргстекла на сервоприводах.

Проект uArm от uFactory собрал средства на кикстартере уже больше двух лет назад. Они с самого начала говорили, что это будет открытый проект, но сразу после окончания компании они не торопились выкладывать исходники. Я хотел просто порезать оргстекло по их чертежам и все, но так как исходников не было и в обозримом будущем не предвиделось, то я принялся повторять конструкцию по фотографиям.

Сейчас моя робо-рука выглядит так:

Работая не спеша за два года я успел сделать четыре версии и получил достаточно много опыта. Описание, историю проекта и все файлы проекта вы сможете найти под катом.

Пробы и ошибки

Начиная работать над чертежами, я хотел не просто повторить uArm, а улучшить его. Мне казалось, что в моих условиях вполне можно обойтись без подшипников. Так же мне не нравилось то, что электроника вращается вместе со всем манипулятором и хотелось упростить конструкцию нижней части шарнира. Плюс я начал рисовать его сразу немного меньше.

С такими входными параметрами я нарисовал первую версию. К сожалению, у меня не сохранилось фотографий той версии манипулятора (который был выполнен в желтом цвете). Ошибки в ней были просто эпичнейшие. Во-первых, ее было почти невозможно собрать. Как правило, механика которую я рисовал до манипулятора, была достаточно простая, и мне не приходилось задумываться о процессе сборки. Но все-таки я его собрал и попробовал запустить, И рука почти не двигалась! Все детли крутились вокруг винтов и, сли я затягивал их так, чтобы было меньше люфтов, она не могла двигаться. Если ослаблял так, чтобы она могла двигаться, появлялись невероятные люфты. В итоге концепт не прожил и трех дней. И приступил к работе над второй версией манипулятора.

Красный был уже вполне пригоден к работе. Он нормально собирался и со смазкой мог двигаться. На нем я смог протестировать софт, но все-таки отсутствие подшипников и большие потери на разных тягах делали его очень слабым.

Затем я забросил работу над проектом на какое-то время, но вскоре принял решении довести его до ума. Я решил использовать более мощные и популярные сервоприводы, увеличить размер и добавить подшипники. Причем я решил, что не буду пытаться сделать сразу все идеально. Я набросал чертежи на скорую руки, не вычерчивая красивых сопряжений и заказал резку из прозрачного оргстекла. На получившемся манипуляторе я смог отладить процесс сборки, выявил места, нуждающиеся в дополнительном укреплении, и научился использовать подшипники.

После того, как я вдоволь наигрался с прозрачным манипулятором, я засел за чертежи финальной белой версии. Итак, сейчас вся механика полностью отлажена, устраивает меня и готов заявить, что больше ничего не хочу менять в этой конструкции:

Меня удручает то, что я не смог привнести ничего принципиально нового в проект uArm. К тому времени, как я начал рисовать финальную версию, они уже выкатили 3D-модели на GrabCad. В итоге я только немного упростил клешню, подготовил файлы в удобном формате и применил очень простые и стандартные комплектующие.

Особенности манипулятора

Механика

Для сборки необходимо вырезать детали из оргстекла толщиной 5мм:

С меня за резку всех этих деталей взяли около $10.

Основание монтируется на большом подшипнике:

Особенно трудно было продумать основание с точки зрения процесса сборки, но я подглядывал за инженерами из uArm. Качалки сидят на штифте диаметром 6мм. Надо отметить, что тяга локтя у меня держится на П-образном держателе, а у uFactory на Г-образном. Трудно объяснить в чем разница, но я считаю у меня получилось лучше.

Захват собирается отдельно. Он может поворачиваться вокруг своей оси. Сама клешня сидит прямо на валу двигателя:

В конце статьи я дам ссылку на суперподробную инструкцию по сборке в фотографиях. За пару часов можно уверенно все это скрутить, если все необходимое есть под рукой. Также я подготовил 3D-модель в бесплатной программе SketchUp. Её можно скачать, покрутить и посмотреть что и как собрано.

Электроника

Чтобы заставить руку работать достаточно всего навсего подключить пять сервоприводов к Arduino и подать на них питание с хорошего источника. У uArm использованы какие-то двигатели с обратной связью. Я поставил три обычных двигателя MG995 и два маленьких двигателя с металлическим редуктором для управления захватом.

Тут мое повествование тесно сплетается с предыдущими проектами. С некоторых пор я начал преподавать программирование Arduino и для этих целей даже подготовил свою Arduino-совместимую плату. С другой стороны как-то раз мне подвернулась возможность дешево изготовить платы (о чем я тоже писал). В итоге все это закончилось тем, что я использовал для управления манипулятором свою собственную Arduino-совместимую плату и специализированный шилд.

Этот шилд на самом деле очень простой. На нем четыре переменных резистора, две кнопки, пять разъемов для сервопривода и разъем питания. Это очень удобно с точки зрения отладки. Можно загрузить тестовый скетч и записать какой-нибудь макрос для управления или что-нибудь вроде того. Ссылку для скачивания файла платы я тоже дам в конце статьи, но она подготовлена для изготовления с металлизацией отверстий, так что мало пригодна для домашнего производства.

Программирование

Самое интересное, это управление манипулятором с компьютера. У uArm есть удобное приложение для управления манипулятором и протокол для работы с ним. Компьютер отправляет в COM-порт 11 байт. Первый из них всегда 0xFF, второй 0xAA и некоторые из оставшихся — сигналы для сервоприводов. Далее эти данные нормализуются и отдаются на отработку двигателям. У меня сервоприводы подключены к цифровым входам/выходам 9-12, но это легко можно поменять.

Терминальная программа от uArm позволяет изменять пять параметров при управлении мышью. При движении мыши по поверхности изменяется положение манипулятора в плоскости XY. Вращение колесика — изменение высоты. ЛКМ/ПКМ — сжать/разжать клешню. ПКМ + колесико — поворот захвата. На самом деле очень удобно. При желании можно написать любой терминальный софт, который будет общаться с манипулятором по такому же протоколу.

Я не буду здесь приводить скетчи — скачать их можно будет в конце статьи.

Видео работы

И, наконец, само видео работы манипулятора. На нем показано управление мышью, резисторами и по заранее записанной программе.

Источник

Рука робота 2015

Это был мой первый проект. В 2015 году у меня появилось дикое желание сделать что-нибудь необычное, футуристическое.

Конструкция

Набравшись вдохновения и смелости, я заказал несколько китайских сервоприводов и в ожидании посылки занялся проработкой конструкции. С 3D-печатью в то время были сложности (было реально дорого), поэтому я решил сделать конструкцию из дерева. Для этого понадобились пара деревянных дощечек, черенок от детской лопаты, толстая леска, немного крепежа и несколько вечеров, когда я, забыв про все на свете, строгал свое будущее творение.

Кисть вместе со всеми пальцами я сделал по образцу вышеупомянутого художника. А конструкцию предплечья уже разрабатывал самостоятельно с подгонкой под имеющиеся материалы и технические возможности. Здесь приведу модель этого узла.
Микроконтроллер взял взаймы у коллег по работе. Мне попалась отладочная плата с МК STM32L152. Для моих целей этого было более чем достаточно. Навыков программирования такого железа я не имел, поэтому вооружившись интернетом удалось на базе IDE Cocos создать рабочий алгоритм для управления механической рукой. Суть алгоритма проста: 5 входов контроллера настроены как аналоговые входы и при изменении сигнала на входе соответствующим образом меняют ширину управляющего импульса для сервопривода.
Для таких целей этот модуль подходит с избытком по необходимой периферии. Но другого под рукой просто не было.

В качестве сервоприводов были выбраны MG995 с металлическим редуктором и с достаточно высоким вращательным моментом порядка 10 кг/см. Диапазон ширины импульса такого привода составил — 500 … 2500 мкс, угол поворота -90 … +90°.

Управление рукой

Соблюдая все традиции дистанционного управления, я решил сделать для своей кибернетической руки управляющую перчатку. Чтобы рука повторяла все движения перчатки. Весь вопрос был в том, что использовать в качестве датчика. Покупной тензометрический датчик изгиба мне показался тогда дороговатым решением. Проработав разные варианты, я захотел самостоятельно изготовить оптический датчик изгиба. Для этого потребовался кусок силиконовой трубки, светодиод, фототранзистор и пара резисторов (для одного датчика).

Принцип работы следующий: с одной стороны трубки устанавливается светодиод, а с другой — фотоэлемент. Сопротивление фотоэлемента зависит от светового потока, попадающего на него и соответственно от угла сгиба трубки. Таким образом, сгибая палец, мы меняем уровень аналогового сигнала на входе контроллера, который в свою очередь, с помощью сервопривода поворачивает палец на механической руке на нужный угол.

Механическая рука очень хорошо повторяла все движения перчатки, а также позволяла захватывать разные предметы, например, маленький мячик. Коллеги и друзья были приятно удивлены получившейся робототехнической игрушкой.

К сожалению, дальше я забросил этот проект, переключившись на более интересные темы. Но этот первый опыт, тот детский восторг, когда ты собираешь это своими руками, навсегда останется в моей памяти. С тех времен осталось только одно любительское видео, которое я даже раньше и не планировал публиковать.

С тех пор я перепробовал много разных технических направлений. Но робототехника покорила меня навеки. В следующих публикациях (например, Робот-муравей) вы увидите мои новые, более интересные творения!

Источник