Как сделать механическую руку своими руками

Данная «open source» мозгоподелка превосходит аналогичные робо-руки не только по цене сборки, но и по производительности, и не уступает даже промышленным. А если использовать в ней биоэлектрическое управление, то она достаточно легко выполняет захват различных предметов, таких как электроотвертка, крышка или батарейка.

Шаг 1: Сравнение производительности аналогов

Как уже было сказано, данная самоделка не уступает промышленным аналогам, и достигнуто это тщательным подбором компонентов. На первой представленной таблице показано сравнение характеристик двигателя, который используется в коммерческих робо-руках и выбранным мной.

Зная производительность двигателей из промышленных аналогов, я подобрал подходящий по мощности, но более дешевый двигатель, то есть сила сжатия пальцев моей робо-руки как и у промышленных. Но как показано на второй таблице, скорость пальцев моей мозгоподелки выше коммерческих аналогов, что облегчает захват предметов и повышает производительность. На третьей таблице показаны размер и вес компонентов робо-руки и аналогов, и исходя из них видно, что использование 3D компонентов облегчает общий вес поделки.

По сравнению с OpS (open source) аналогами сила захвата данной робо-руки в 2.5 раза больше, вес на 20% меньше, а ладонь примерно наполовину тоньше. То есть по характеристикам эта самоделка имеет преимущества для пользователя. Кроме того, пальцы робо-руки действуют более согласовано, суставы сгибаются пропорционально и надежно каждый раз, что обеспечивает поделке стабильное и производительное функционирование. Конструкция многих OpS аналогов проста – «сухожилие» просто проходит внутри пальца и стягивается по принципу лебедки, что приводит к неловким, резким движениям руки и несогласованности суставов.

И все же, несмотря на описанные преимущества, данная робо-поделка имеет и недостатки. Так напечатанные 3D компоненты более подвержены механическим повреждениям по сравнению с металлическими компонентами аналогов, то есть их проще сломать, но и при этом, проще отремонтировать. Еще в этой робо-руке отсутствует фиксирующий механизм, то есть необходимо постоянно прикладывать силу для удержания захвата, что снижает энергоэффективность.

Шаг 2: Компоненты

Конструкция этой робо-руки разрабатывалась на основе общедоступных и 3D-печатных компонентов, весь список которых, а также места приобретения, представлены в таблицах на мозгофото. Конкретные ссылки я не привожу из-за частой смены поставщиков, но если какой-либо компонент недоступен, то не бойтесь менять его на аналогичный!

Свои 3D-компоненты я распечатал с разрешением 0.2мм и 10% заполнением, что обеспечивает довольно быструю печать (около 14 часов) с необходимой прочностью получаемых деталей. Вам я тоже советую печатать детали для этой робо-поделки на максимальных значениях разрешения и заполнения вашего принтера.

Шаг 3: Сборка пальцев

Все пальцы, включая и большой, собираются однотипно, и этот процесс подробно показан на фото, а еще подробнее в инструкции.

На одном конце металлического тросика завязываем узел и скрепляем его каплей супер-клея, затем пропускаем тросик сквозь отверстие катушки до упора узелка. Пропускаем так, чтобы узелок оказался сверху катушки, а свободный конец выходил из нижнего отверстия.

Берем двигатель и нанизываем на его вал катушку, при этом нанизываем так, чтобы плоскость катушки плотно прилегла к плоскости вала, иначе есть риск повредить ее.

В элемент корпуса двигателя вставляем в небольшие отверстия два 6мм-х винта М2, аккуратно устанавливаем этот элемент на двигатель, находим нужное положение катушки/двигателя и закрепляем винтами.

Собираем элементы кончика пальца и связку, для крепления используем винты и гайки М2. При этом крепим не плотно, оставляя достаточную степень свободы суставам.

Через среднюю фалангу пропускаем связку и соединяем с верхней частью пальца, ориентируемся при этом на фото, а затем скрепляем 20мм-ми винтами М2 обе части пальца.

Далее соединяем связку с соответствующим отверстием в корпусе двигателя и закрепляем ее 12мм-м винтом М2, для этого потребуется полностью согнуть палец.

Соединяем палец с корпусом двигателя и через отверстие в нижней части скрепляем 20мм-м винтом М2.

Пропускаем свободный конец тросика внутри корпуса двигателя и через отверстие в нижней части пальца, завязываем узел, закрепляем его каплей супер-клея и обрезаем лишний конец тросика кусачками.

Повторяем все шаги с оставшимися пальцами, в том числе и большим, который хотя и имеет некоторое отличие в деталях, собирается аналогично. Когда все пальцы собраны, приступаем к ладони: берем пластину с 4 отверстиями, это задняя часть, и крепим к ней собранные пальцы на 6мм-ые винты М2. После этого устанавливаем переднюю пластину и закрепляем ее в двух местах к крайним пальцам 6мм-ми винтами М2.

Шаг 4: Сервопривод

Приступаем к окончательной мозгосборке. Берем сервопривод и вставляем в распечатанный для него суппорт, который должен плотно подходить к сервоприводу.

На большой палец монтируем кронштейн, который будет сцеплять его с сервоприводом и закрепляем 6мм-м винтом М2.

Кронштейн большого пальца соединяем с сервоприводом и закрепляем винтами, после этого прикладываем всю конструкцию большого пальца/сервопривода к передней пластине руки и в соответствующих местах скрепляем 6мм-ми винтами М2.

Механическая сборка завершена!

Шаг 5: Управление

Обычно современные протезы управляются биоэлектрическим контроллером, который считывает небольшие напряжения мышц, называемыми электромиографическими (ЭМГ) сигналами. Анализируя эти сигналы, контроллер понимает, какие мышцы задействованы, и, следовательно, какое положение должен принять протез. Для этого процесса требуется комплексный 8-ми канальный EMG чип и программный алгоритм обучения, который называется линейный дискриминантный анализ. Но это вопрос более продвинутого и ответственного применения самоделки, который требует больших познаний в электронике и программировании, а сейчас поступим проще.

Второй способ подходит для людей занимающихся компьютерными технологиями. Суть его в создании PID-контроллера или кнопочного управления для перемещения руки в различные положения.

На этом все, надеюсь было полезно. Удачи в вашем мозготворчестве!

( Специально для МозгоЧинов#Tact-Low-cost-Advanced-Prosthetic-Hand

Источник

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Потрясающий способ сделать механические руки монстра своими руками

Потрясающий способ сделать механические руки монстра своими руками

Всем привет. Костюмы на Хэллоуин могут быть разных форм и размеров. Например, костюм железного человека или бэтмена носят простые парни, которые ходят с нами по одной улице 🙂 Сложнее обстоят дела с костюмами монстров, размеры которых значительно больше роста среднестатистического человека (не всем повезло уродится богатырями). Городить огромную неподвижную фигуру было бы просто глупо. Она должна двигаться и уметь хватать за шиворот зазевавшихся прохожих.

Эта статья, как раз и посвящена тому, как можно сделать такие большие подвижные механические руки своими руками. Мне не хотелось изобретать велосипед, поэтому я рыскал по просторам интернета в поисках идей. Найдя несколько неплохих вариантов, собрал их воедино, внеся свои дополнительные корректировки.

Шаг 1: Материалы

Я попытался сделать этот проект максимально простым, используя материалы, которые можно найти в ближайшем стоймаге.

Материалы:

• Доска толщиной 5 см и шириной 10 см (для предплечья). Из неё же вырезались пальцы-фаланги 3,8*3,8 см;
• Доска толщиной 5 см и шириной 15 см (для ладоней);
• 60 х Саморезы с кольцами (лучше брать из нержавейки, чем оцинкованые);
• Стальной трос длиной около 3 м;
• 16 х Гвозди без шляпок длиной 10 см;
• Эластичный шнур длиной 3,6 м;
• 6 х Кольцо для брелка диаметром 2,5 см.

Инструменты:

• настольная циркулярка;
• ленточная пила;
• сверлильный станок;
• дрель/шуруповёрт;
• гравер;
• молоток;
• узкие плоскогубцы;
• болгарка;

Шаг 2: Распиловка древесины

Мне хотелось, чтобы руки имели по 3 пальца. Набросаем эскиз и рассчитаем длину каждой фаланги. Мне пришлось добавить дополнительные 12 мм к длине каждой фаланги из-за особенностей системы креплений.
Длина фаланг-пальцев:

• нижняя – 12,7 см (4 шт.);
• средняя – 10,2 см (4 шт.);
• верхняя – 6,4 см (4 шт.)

• нижняя фаланга – 11,4 см (2 шт.);
• средняя – 8,9 см (2 шт.).

Распустим доску 5х10 см на бруски, а затем порежем их на заготовки заданной длины. Выставим высоту режущего диска на 12 мм, а затем выберем паз шириной 19 мм на конце каждой фаланги.

Сделаем ответную часть, воспользовавшись сверлильным станком и коронкой диаметром 25 мм. Просверлим заготовки на 12 мм с обеих сторон. Затем на ленточной пиле, закруглим концы фаланг, сформировав полукруги радиусом 12 мм (кроме верхней фаланги).

Как только палец будет полностью собран, обрезаем всё лишнее, стараясь добиться более естественной формы.

Шаг 3: Соединяем фаланги

Соединяем фаланги вместе, а затем сверлим сквозные отверстия под оси (гвозди в данном случае). С помощью болгарки (ножовки по металлу) отрезаем лишнее, расклепывая оставшейся конец гвоздя.

Шаг 4: Выбираем канавки для шнура и троса

Как только все пальцы будут собраны, нужно выбрать пазы с наружной и внутренней стороны. Это довольно просто, но следует при этом не спешить.

Выставим высоту режущего диска на 6,5 мм. Такой глубины будет достаточно для того, чтобы разместить саморезы с кольцами. Проточим канавки непосредственно посредине пальцев с двух сторон.

Шаг 5: Устанавливаем саморезы

Крепежные элементы помогут манипулировать пальцами. Крючки, установленные на наружной стороне, будут фиксировать шнур, благодаря которым пальцы и будут выпрямляться. Крючки, что установлены на внутренней стороне, будут удерживать трос, потянув за который, пальцы и будут сгибаться.

На наружной стороне, крючки будут крепиться с обеих сторон сустава. С внутренней стороны крючки размещаются в верхней части каждой фаланги. Это создаст максимальный рычаг.

Шаг 6: Добавляем предплечье

Вырежем два паза (на кисти и предплечье) после чего склеим их столярным клеем. Можно усилить соединение, вкрутив по паре шурупов.

Предплечье должно быть достаточной длины, чтобы скрывать собственные руки.

Шаг 7: Вырезаем канавки на ладони и запястье

Для того, чтобы скрыть элементы крепежа проточим несколько канавок, воспользовавшись гравером.

Шаг 8: Облагораживаем руки

Хотелось бы, чтобы пальцы выглядели ещё более естественными и максимально мобильными. Гравер со шлифовальным диском помог довести внешний вид рук до логического конца. Если не верите, посмотрите на фотографии в начале и в конце статьи.

Шаг 9: Закрепляем пальцы на ладонях

Задача заключается в том, чтобы установить ось (гвоздь) под правильным углом. Нарисуем на ладони линию (под нужным углом), а также точку входа. Пальцы должны крепиться последовательно. Устанавливаем большой палец в последнюю очередь.

Будьте очень осторожны при сверлении направляющих отверстий. Не спешим и делаем всё вдумчиво, ошибка может вылезти боком.

После монтажа, скорее всего, потребуется внести некоторые небольшие корректировки.

Шаг 10: Трос, эластичный шнур и перчатки

Пропускаем тросы по внутренней стороне, протянув их через кольца. Фиксируем их на верхних саморезах и кольцах для брелков. Длина троса должна быть такой, чтобы пальцы находились в разогнутом положении, компенсируя натяжения эластичного шнура.

Повторим процедуру с эластичным шнуром, протянув его по наружной стороне.

Крепим перчатку на 5 шурупах, подложив предварительно шайбы. Для удобства и комфорта, заклеим шурупы (с шайбами) пеноматериалом.

Шаг 11: Крепежные ремни

Закрепим по паре ремней на предплечьях, чтобы надежно фиксировать руки на самоделке.

Источник