Guant Flex Sensor: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Aquest és un divertit projecte que es pot adaptar per controlar qualsevol cosa, des de braços robòtics fins a interfícies de realitat virtual.

Pas 1: materials i peces

Per al guant:

• Un guant de jardineria barat
• Arduino Lilypad
• Porta cel·les de bateria Lilypad
• Fil de cosir conductor
• Fil de cosir normal
• Velostat
• Cinta adhesiva
• Super cola
• Elàstic
• Cinc resistències de 4,7 Kohm

Per al braç:

• Cinc servos SG90
• Cable elèctric
• Filament PLA o ABS
• Ninjaflex (o un altre filament flexible)
• Línia de pesca
• Alimentació de 5V
• Taula de pa petita (opcional però útil per cablejar els servos en paral·lel)

Nota: si no teniu filament d’impressió 3D flexible, podeu utilitzar un braç robotitzat diferent al Flexy Hand

Pas 2: fabricació dels sensors Flex

El material que he utilitzat, el velòstat, és un material piezoresistiu. Això vol dir que és sensible a la pressió i que quan la premeu, doblegueu o deformeu la resistència canviarà. Aquesta propietat la farem servir per mesurar quant doblega cada dit.

Comenceu tallant 5 tires de velòstat, aproximadament de 0,7 cm x 8 cm, les dimensions exactes són irrellevants ja que ens interessa una lectura qualitativa de la resistència i no quantitativa.

A continuació, col·loqueu 2 trossos llargs de cinta adhesiva cap amunt sobre una superfície plana i tallau dos llargs de fil de cosir conductor, diria que almenys 40 cm de llargada, sempre és millor tenir-ne un excés. Opcionalment, apliqueu una petita gota de súper cola a la cinta adhesiva, prop de la base. Això no és obligatori, però he comprovat que impedeix que el fil de cosir s’estiri accidentalment. Si no teniu fil de cosir conductor, és possible utilitzar filferro de coure prim per a aquest pas, com el fil que trobareu als cables dels auriculars (dic "podria", ja que no he provat aquesta idea).

Col·loqueu els 2 llargs de fil de cosir a la part superior de la cinta adhesiva al llarg del centre, amb la cua del fil de cosir que surt per l’extrem de la cinta adhesiva. És important anar gairebé a tota la longitud de la cinta adhesiva, perquè si no ho feu, el sensor de flexió només recollirà lectures a prop de la base del dit i no de la punta.

Col·loqueu el velòstat a sobre d’un fil de cosir de manera que en cobreixi l’extrem (no voleu que toquin els 2 trossos de fil de cosir). A continuació, aixequeu l'altre tros de cinta adhesiva al costat descobert del velòstat, pressionant fort per eliminar les bombolles d'aire. A la base del sensor, assegureu-vos que els 2 trossos de fil de cosir no estiguin creant un curtcircuit, per evitar-los, sortiu de la cinta adhesiva pels costats oposats (similar a una unió en forma de "Y", vegeu la imatge).

Retalleu l’excés de cinta adhesiva com vulgueu. Per últim, enganxeu una petita peça d’elàstic a l’extrem del sensor. Repetiu-ho 5 vegades ajustant la mida de cada sensor per ajustar-lo de manera òptima al dit.

Pas 3: Feu el guant

Donaré una visió general dels passos que vaig fer personalment, però com ho feu variarà cas per cas, depenent en gran mesura del guant que utilitzeu.

Un dels punts clau que no puc subratllar prou és que el fil conductor de cosir NO és com el filferro normal per afició, no hi ha cap capa aïllant. A més, atès que el guant és flexible i es pot doblegar sobre si mateix, és molt fàcil crear un curtcircuit, cosa que provoca la destrucció de components i forats grans al guant.

Si no teniu fil de cosir conductor, és possible utilitzar cables normals i soldar les connexions.

Vaig començar connectant la bateria al guant i connectant 5V i GND a l'Arduino Lilypad. Encara no cosiu completament el Lilypad, ja que haurem de doblegar-lo cap enrere i cosir-hi per sota (vegeu les imatges anteriors).

També recomanaria folrar la part inferior de la placa Lilypad amb cinta elèctrica per evitar curtcircuits.

A continuació, soldeu els extrems de cinc resistències de 4,7 Kohm en petits bucles (és possible que hàgiu d'ajustar el valor de la resistència en funció de la longitud i l'amplada de les vostres tires de velòstat). Opcional: utilitzeu cola calenta per fixar-los al guant; és més complicat cosir-los si inicialment no es mantenen en posició.

Consulteu detingudament les imatges i el diagrama de circuits anteriors abans de continuar, és important traçar la ruta del fil de cosir abans de començar, en cas contrari "us cosireu a un racó".

Personalment, vaig començar a cosir des de GND al paquet de bateries fins a les 5 resistències i després de cada resistència individual als passadors A0 a A4 passant per sota de la placa Lilypad que anteriorment tapàvem amb cinta aïllant. Després d'això, he supergluat l'extrem del primer sensor de flexió al polze amb un extrem del fil de cosir que va a 5V i l'altre extrem a A0. Repetiu-ho per a cada dit, però en lloc d’anar directament a 5V cada vegada (i crear un laberint de punts) només heu de cosir al sensor de flexió anterior.

Per assegurar-vos que cadascun dels sensors de flexió romangui sota tensió quan moveu els dits, heu de cosir l’elàstica que hem fixat al sensor de flexió a l’últim pas fins a les puntes dels dits del guant. Opcionalment, cusiu alguns llaços al voltant del sensor de flexió per assegurar-vos que es mantinguin en posició mentre moveu la mà.

Per últim, soldeu 5 cables als pins digitals del 5 al 9, que s’utilitzaran més endavant per indicar als servos cap a on anar.

Pas 4: Construeix el braç

Vaig imprimir en 3D els fitxers arm off disponibles a l'usuari Gyrobot a Thingiverse. Els podeu trobar aquí.

Si voleu, també podeu imprimir en 3D un avantbraç, però a causa de les restriccions de filament he fet un model de paper maixé del meu propi avantbraç. He utilitzat cinc servos SG90 subjectats en un marc imprès en 3D, connectats a cada dit per una línia de pesca. Connecteu totes les connexions GND i Vin en paral·lel a una font d'alimentació externa, com ara un transformador de paret AC-DC de 5V.

Connecteu els pins d'entrada del servo (normalment els cables taronja per convenció) als pins digitals corresponents del guant.

Pas 5: pengeu el codi

Tret que tingueu un cable FTDI, haureu de programar el Lilypad mitjançant un Arduino Uno. Els passos per a això es descriuen en aquesta instrucció. Assegureu-vos que teniu seleccionat el tipus de placa Arduino correcte; per canviar-lo, aneu a Tools / Board / Lilypad Arduino.

Seguint les instruccions anteriors, carregueu primer el codi de calibratge.

Copieu la sortida del codi de calibratge a la línia 31 d’aquest codi i, a continuació, pengeu-la.

Pas 6: comenteu la taxa de transmissions

Vaig tenir un error bastant frustrant, ja que la velocitat de transmissió (que és la velocitat a la qual es comuniquen les dades a través del port sèrie) és un factor de dos més gran que el que he programat. Vegeu el meu vídeo de youtube cap a les 2:54 per demostrar el problema. Malauradament, això em va impedir seguir el meu pla inicial que consistia a utilitzar Bluetooth i comunicar-me sense fils entre el guant i la mà robòtica.

No he pogut resoldre el problema de la velocitat de transmissió, però el meu millor supòsit és que hi ha un desajust entre el maquinari del programari pensant que l'oscil·lador de la placa és de 8 o 16 MHz. Això pot ser perquè he comprat una placa de clonació barata i no el producte oficial. Si utilitzeu el producte real, és possible que no tingueu aquest problema. Tot i això, això és purament la meva pròpia especulació i si algú coneix la raó real, si us plau, feu-m'ho saber en els comentaris següents.

Com a solucions temporals, he trobat dues maneres d’eliminar-ho:

• Doble la velocitat de transmissió mitjançant el botó situat a la part inferior esquerra del monitor sèrie. Per exemple, si el codi diu Serial.begin (9600); canvieu la sortida del monitor sèrie a 19200.
• En lloc de triar l'Arduino Lilypad com a tauler, trieu l'Arduino Pro com a tauler. Per fer-ho a l'IDE Arduino, aneu a: Tools / Board / Arduino Pro o Pro Mini i, a continuació, pengeu-lo.

Pas 7: finalització

Espero que hagueu trobat aquest informatiu instructiu, si teniu alguna pregunta o suggeriment, deixeu-los al comentari següent.

Tercer premi del concurs Make It Move 2017