Pavirziet roku, lai kontrolētu OWI robotu roku Nav pievienotas virknes: 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

IDEJA:

Vietnē Instructables.com (vismaz 2015. gada 13. maijā) ir vismaz 4 citi projekti, kas saistīti ar OWI Robotic Arm modificēšanu vai kontroli. Nav pārsteidzoši, jo tas ir tik lielisks un lēts robotu komplekts, ar kuru spēlēties. Šis projekts ir līdzīgs garā (t.i., kontrolējiet robotu roku ar Arduino), bet atšķirīgs pieejā. [video]

Ideja ir iespēja bezvadu režīmā vadīt robotu roku, izmantojot žestus. Tāpat es centos minimizēt robotu rokas modifikācijas, lai to joprojām varētu izmantot kopā ar oriģinālo kontrolieri.

Izklausās vienkārši.

Tas galu galā bija trīsdaļīgs projekts:

1. Cimds, kas aprīkots ar pietiekami daudziem sensoriem, lai kontrolētu LED un 5 motorus
2. Uz Arduino Nano balstīta raidītāja ierīce, kas pieņem vadības komandas no cimda un bezvadu režīmā nosūta to uz rokas vadības ierīci
3. Arduino Uno bāzes bezvadu uztvērējs un motora vadības ierīce, kas pievienota OWI robotizētajai rokai

IESPĒJAS

1. Atbalsts visām 5 brīvības pakāpēm (DOF) un LED
2. Liela sarkana poga - lai nekavējoties apturētu rokas motorus, lai novērstu bojājumus
3. Pārnēsājams moduļu dizains

Mobilo ierīču lietotājiem: šī projekta "reklāmas videoklips" ir pieejams vietnē YouTube šeit.

1. darbība: detaļas

CIMDI:

Lai izveidotu cimdu kontrolieri, jums būs nepieciešams:

1. Isotoner Smartouch Tech Stretch Stitched Glove (vai līdzīgs) - vietnē Amazon.com
2. Spectra Symboflex Sensor 2.2 " - vietnē Amazon.com
3. GY -521 6DOF MPU6050 3 asu žiroskops + akselerometra modulis - vietnē Fasttech.com
4. 2X5 BOX HEADER STRAIGHT - vietnē Phoenixent.com
5. 2X5 IDC SOCKET -RECEPTACLE - vietnē Phoenixent.com
6. FLAT RIBBON CABLE 10 Diriģents.050 "Pitch - vietnē Phoenixent.com
7. 2 x 5 mm gaismas diodes - zaļa un dzeltena
8. 2 x mazas pogas
9. Rezistori, stieples, adata, melns pavediens, līmes pistole, lodēšanas pistole, lodēšana utt.

PĀRVADES STRAP-ON BOX:

1. Ar Arduino saderīgs Nano v3.0 ATmega328P -20AU panelis - vietnē Fasttech.com
2. Saderīgs ar nRF24L01+ 2,4 GHz bezvadu uztvērēju Arduino - vietnē Amazon.com
3. Gymboss WRISTBAND - vietnē Amazon.com
4. 9V akumulatora turētāja kārba ar vadu ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzi - vietnē Amazon.com
5. 2X5 BOX HEADER STRAIGHT - vietnē Phoenixent.com
6. 9v akumulators
7. 47uF (50v) kondensators
8. Rezistori, stieples, līmes pistole, lodēšanas pistole, lodēšana utt.

OWI ROBOTIC ARM CONTROLLER BOX:

1. Ar Arduino saderīga Uno R3 Rev3 attīstības padome - vietnē Fasttech.com
2. Shield DIY KIT prototips Arduino (vai līdzīgam) - vietnē Amazon.com
3. Saderīgs ar nRF24L01+ 2,4 GHz bezvadu uztvērēju Arduino - vietnē Amazon.com
4. 3 x L293D 16 kontaktu integrētās shēmas IC motora draiveris - vietnē Fasttech.com
5. 1 x SN74HC595 74HC595 8 bitu maiņu reģistrs ar 3 stāvokļu izvades reģistriem DIP16-vietnē Amazon.com
6. 47uF (50v) kondensators
7. Kastīte Arduino - vietnē Amazon.com
8. Ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzis
9. 2 x 13 mm pogas (viens sarkans un viens zaļš vāciņš)
10. 2 x 2X7 BOX HEADER STRAIGHT - tāds pats kā iepriekš vietnē Phoenixent.com
11. FLAT RIBBON CABLE 14 Diriģents.050 "Pitch - tāds pats kā iepriekš vietnē Phoenixent.com
12. 9V akumulators + piespraužams savienotājs
13. Rezistori, stieples, līmes pistole, lodēšanas pistole, lodēšana utt.

… un protams:

OWI Robotic Arm Edge - Robota roka - OWI -535 - vietnē Adafruit.com

2. solis: PROTOTIPĒŠANA

Pirms visu sastāvdaļu lodēšanas es ļoti iesaku prototipēt katru kontroliera ierīci.

Šajā projektā tiek izmantoti daži sarežģīti aparatūras elementi:

nRF24L01

Pagāja laiks, lai abi nRF24 sarunātos savā starpā. Acīmredzot ne Nano, ne Uno nenodrošina pietiekami daudz stabilizētas 3,3 V jaudas, lai moduļi darbotos konsekventi. Manā gadījumā risinājums bija 47uF kondensators abos nRF24 moduļu strāvas tapās. Ir arī dažas dīvainības, izmantojot RF24 bibliotēku IRQ un ne-IRQ režīmos, tāpēc es iesaku patiešām rūpīgi izpētīt piemērus.

Pāris lieliski resursi:

nRF24L01 Īpaši zemas jaudas 2,4 GHz RF uztvērēja IC produkta lapa

RF24 draiveru bibliotēkas lapa

Vienkārši googlēšana nRF24 + arduino radīs daudz saišu. Ir vērts izpētīt

74HC595 PĀRMAIŅU REĢISTRĒT

Nav pārsteidzoši, ka man vajadzēja vadīt 5 motorus, gaismas diodi, divas pogas un bezvadu moduli, un Uno tapas beidzās samērā ātri. Labi zināms veids, kā "pagarināt" savu pin skaitu, ir izmantot maiņu reģistru. Tā kā nRF24 jau izmantoja SPI saskarni, es nolēmu izmantot SPI arī maiņu reģistra programmēšanai (ātrumam un tapu saglabāšanai), nevis shiftout () funkciju. Man par pārsteigumu tas pirmo reizi darbojās kā burvīgs. To var pārbaudīt tapas uzdevumā un skicēs.

Maizes dēlis un džemperu vadi ir jūsu draugi.

3. solis: CIMDI

OWI Robotic ARM ir 6 kontrolējami vienumi (OWI Robotic Arm Edge Picture)

1. Gaismas diode, kas atrodas uz ierīces GRIPPER
2. GRIPS
3. ROKAS
4. ELKNIS - ir robotizētās rokas daļa, kas piestiprināta pie ROKA
5. PELSTS ir robotizētās rokas daļa, kas piestiprināta pie BĀZES
6. PAMATS

Cimds ir paredzēts, lai kontrolētu Robotic Arm LED un visus 5 motorus (brīvības pakāpes).

Man attēlos ir atzīmēti atsevišķi sensori, kā arī apraksts zemāk:

1. GRIPPER kontrolē pogas, kas atrodas uz vidējā pirksta un ir sārtas. Satvērējs tiek aizvērts, saspiežot rādītājpirkstu un vidējos pirkstus kopā. Satvērējs tiek atvērts, kopā nospiežot gredzenu un rozā.
2. WRIST kontrolē indeksa meklētāja elastīgais rezistors. Pirksta saliekšana līdz pusei liek plaukstas locītavai nolaisties uz leju, un, to pilnībā saliekot, tā paceļas uz augšu. Turot rādītājpirkstu taisni, plauksta apstājas.
3. ELBOW tiek kontrolēts ar akselerometru - noliekot plaukstu uz augšu un uz leju, elkonis tiek attiecīgi pacelts uz augšu un uz leju
4. PELSTS tiek kontrolēts ar akselerometru - noliekot plaukstu pa labi un pa kreisi (nevis otrādi!), Plecs tiek attiecīgi pacelts uz augšu un uz leju
5. BASE tiek kontrolēts arī ar akselerometru, līdzīgi kā uz pleca - plauksta noliekta pa labi un pa kreisi otrādi (plauksta vērsta uz augšu), pārvieto pamatni attiecīgi pa labi un pa kreisi
6. Gaismas diodes uz satvērēja tiek ieslēgtas/izslēgtas, nospiežot abas satvērēja vadības pogas kopā.

Visas pogas atbildes tiek aizkavētas par 1/4 sekundes, lai izvairītos no nervozēšanas.

Cimdu salikšana prasa nedaudz lodēt un daudz šūt. Būtībā tas ir tikai 2 pogu, elastīga rezistora, Accel/Gyro moduļa pievienošana cimda audumam un vadu novietošana savienotāju kastē.

Uz savienojuma kārbas ir divas gaismas diodes:

1. ZAĻA - ieslēdziet
2. DZELTENS - mirgo, kad dati tiek pārsūtīti uz rokas vadības bloku.

4. solis: PĀRRAIDĪTĀJA KASTE

Raidītāja kārba būtībā ir Arduino Nano, nRF24 bezvadu modulis, elastīgs vadu savienotājs un 3 rezistori: 2 nolaižami 10 kOhm rezistori satvērēja vadības pogām uz cimda un 20 kOhm sprieguma dalīšanas rezistors elastīgajam sensoram, kas kontrolē plaukstas locītavu.

Viss ir lodēts kopā uz vero-dēļa. Ņemiet vērā, ka nRF24 "karājas" virs Nano. Es uztraucos, ka tas var izraisīt traucējumus, bet tas darbojas.

Izmantojot 9 V akumulatoru, siksnas daļa kļūst nedaudz apjomīga, bet es negribēju sajaukt ar LiPo baterijām. Varbūt vēlāk.

Lodēšanas norādījumus, lūdzu, skatiet tapas piešķiršanas solī

5. solis: ROKU VADĪBAS KASTE

Roku vadības kārbas pamatā ir Arduino Uno. Tas saņem komandas no cimda bezvadu režīmā, izmantojot nRF24 moduli, un kontrolē OWI Robotoc Arm, izmantojot 3 L293D draivera mikroshēmas.

Tā kā tika izmantotas gandrīz visas Uno tapas, kastes iekšpusē ir daudz vadu - tā tik tikko aizveras!

Pēc konstrukcijas kaste sākas izslēgšanas režīmā (it kā tiktu nospiesta redstop poga), dodot operatoram laiku uzvilkt cimdu un sagatavoties. Kad tas ir gatavs, operators nospiež zaļo pogu, un nekavējoties jāizveido savienojums starp cimdu un vadības kārbu (kā to norāda dzeltenā gaismas diode uz cimda un sarkanā gaismas diode vadības blokā).

SAVIENOŠANĀS AR OWI

Savienojums ar robotizēto roku tiek veikts, izmantojot 14 kontaktu divrindu galveni (saskaņā ar attēlu), izmantojot 14 vadu plakanu kabeli.

• LED savienojumi ir ar kopējo zemi (-) un arduino tapu A0, izmantojot 220 omu rezistoru
• Visi motora vadi ir savienoti ar L293D tapām 3/6 vai 11/14 (attiecīgi +/-). Katrs L293D atbalsta 2 motorus, tātad divus pāru tapas.
• OWI barošanas līnijas ir 7 -kontaktu savienotāja kreisās (+6v) un labākās (GND) tapas dzeltenās augšējās daļas aizmugurē. (Iepriekš redzamajā attēlā varat redzēt pievienotos vadus). Šie divi ir savienoti ar tapām 8 (+) un 4, 5, 12, 13 (GND) uz visiem trim L293D.

Lūdzu, skatiet pārējo tapas piešķiršanu nākamajā darbībā

6. darbība: PIN PIEŠĶIRŠANA

NANO:

• 3.3v - 3.3v līdz nRF24L01 mikroshēma (2. tapa)
• 5v - 5v līdz akselerometra plāksnei, pogām, elastīgam sensoram
• a0 - elastīga rezistora ieeja
• a1 - dzeltena "comms" LED vadība
• a4 - SDA uz akselerometru
• a5 - SCL uz akselerometru
• d02 - nRF24L01 mikroshēmas pārtraukšanas tapa (8. tapa)
• d03 - atvērtā satvērēja pogas ievade
• d04 - aizvēršanas pogas ievadīšana
• d09 - SPI CSN tapa uz mikroshēmu nRF24L01 (4. tapa)
• d10 - SPI CS tapa uz nRF24L01 mikroshēmu (3. tapa)
• d11 - SPI MOSI līdz nRF24L01 mikroshēma (6. tapa)
• d12 - SPI MISO uz nRF24L01 mikroshēmu (7. tapa)
• d13 - SPI SCK uz nRF24L01 mikroshēmu (5. tapa)
• Vin - 9v +
• GND - kopīgs pamats

UNO:

• 3.3v - 3.3v līdz nRF24L01 mikroshēma (2. tapa)
• 5v - 5v uz pogām
• Vin - 9v +
• GND - kopīgs pamats
• a0 - Rokas LED +
• a1 - SPI SS tapa maiņu reģistram Izvēlieties - līdz 12. taustiņam maiņu reģistrā
• a2 - SARKANĀS pogas ievade
• a3 - ZAĻĀ pogas ievade
• a4 - virziena pamatne pa labi - 15. tapa uz L293D
• a5 - comms led
• d02 - nRF24L01 IRQ ieeja (8. tapa)
• d03 - iespējojiet pamata servo (pwm) 1. vai 9. tapu uz L293D
• d04 - virziena pamatne pa kreisi - 10. tapa uz attiecīgā L293D
• d05 - iespējojiet plecu servo (pwm) 1. vai 9. tapu uz L293D
• d06 - iespējojiet elkoņa servo (pwm) 1. vai 9. tapu L293D
• d07 - SPI CSN tapa uz mikroshēmu nRF24L01 (4. tapa)
• d08 - SPI CS tapa uz nRF24L01 mikroshēmu (3. tapa)
• d09 - iespējojiet rokas servo (pwm) 1. vai 9. tapu ierīcē L293D
• d10 - iespējojiet satvērēja servo (pwm) tapu 1 vai 9 uz L293D
• d11 - SPI MOSI uz nRF24L01 mikroshēmu (6. tapa) un 14. maiņu maiņu reģistrā
• d12 - SPI MISO uz nRF24L01 mikroshēmu (7. tapa)
• d13 - SPI SCK uz nRF24L01 mikroshēmu (5. tapa) un 11. maiņu maiņu reģistrā

PĀRMAIŅU REĢISTRS UN L293D:

• tapas QA (15) no 74HC595 līdz L293D #1 2. tapai
• 74HC595 QB (1) tapa līdz L293D #1 7. tapai
• 74HC595 QC (2) tapa līdz L293D #1 10. tapai
• 74HC595 QD (3) tapa līdz L293D #1 tapai 15
• 74HC595 QE (4) tapa līdz L293D #2 tapai
• 74HC595 QF (5) tapa līdz L293D #2 7. tapai
• 74HC595 QG (6) tapa līdz L293D #2 10. tapai
• 74HC595 QH (7) tapa līdz L293D #2 15. tapai

7. darbība: KOMUNIKĀCIJA

Glove nosūta 2 baitus datu uz vadības bloku 10 reizes sekundē vai ikreiz, kad tiek saņemts signāls no viena no sensoriem.

Ar 2 baitiem pietiek 6 vadīklām, jo mums ir jānosūta tikai:

• ON/OFF LED (1 bits) - es faktiski izmantoju 2 bitus, lai tie atbilstu motoriem, bet pietiek ar vienu
• OFF/RIGHT/LEFT 5 motoriem: 2 biti katrs = 10 biti

Kopumā pietiek ar 11 vai 12 bitiem.

Virziena kodi:

• IZSLĒGTS: 00
• Pareizi: 01
• Kreisais: 10

Kontroles vārds izskatās šādi (mazliet gudri):

2. baits ---------------- 1 baits ----------------

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 - satvērējs
• M2 - plaukstas locītava
• M3 - elkonis
• M4 - plecs
• M5 - bāze

Baitu 1 var ērti ievadīt tieši maiņu reģistrā, jo tas kontrolē motoru 1 līdz 4 labo/kreiso virzienu.

Saziņai ir iespējots 2 sekunžu taimauts. Ja iestājas taimauts, visi motori tiek apturēti tā, it kā tiktu nospiesta SARKANĀ poga.

8. solis: SKICES un vairāk …

CIMDI

Cimdu skicē tiek izmantotas šādas bibliotēkas:

• DirectIO - pieejams vietnē Github
• I2Cdev - pieejams vietnē Github
• Vads - daļa no Arduino IDE
• MPU6050 - pieejams vietnē Github
• SPI - daļa no Arduino IDE
• RF24 - pieejams vietnē Github

un trīs manis izstrādātas bibliotēkas:

• AvgFilter - pieejams vietnē Github
• DhpFilter - pieejams vietnē Github
• TaskScheduler - pieejams vietnē Github

Cimdu skice ir pieejama šeit: Cimdu skice v1.3

ROKU VADĪBAS KASTĪTE

Arm skice izmanto šādas bibliotēkas:

• DirectIO - pieejams vietnē Github
• PinChangeInt - pieejams vietnē Github
• SPI - daļa no Arduino IDE
• RF24 - pieejams vietnē Github

un manis izstrādāta bibliotēka:

TaskScheduler - pieejams vietnē Github

Roku skice ir pieejama šeit: Arm Sketch v1.3

Izmantotās aparatūras datu lapas

• 74HC595 maiņu reģistrs - datu lapa
• L293D motora vadītājs - datu lapa
• nRF24 bezvadu modulis - datu lapa
• Akselerometra/žiroskopa modulis MPU6050 - datu lapa

2015. gada 31. maijs ATJAUNINĀT:

Jauna cimdu un roku vadības kārbas skiču versija ir pieejama šeit: Cimdu un roku skices v1.5

Šeit tie atrodas arī vietnē github.

Izmaiņas

• Komunikācijas struktūrai pievienoti vēl divi baiti, lai nosūtītu pieprasīto motora apgriezienu skaitu plaukstas, elkoņa, plecu un bāzes motoriem kā 5 bitu vērtību (0.. 31) no cimda, kas ir proporcionāls vadības žesta leņķim (skatīt zemāk). Arm Control Box kartē vērtības [0.. 31] ar attiecīgajām PWM vērtībām katram motoram. Tas ļauj operatoram pakāpeniski kontrolēt ātrumu un precīzāk rīkoties ar rokām.
• Jauns žestu komplekts:

1. LED: pogu vadības LED - vidējā pirksta poga - IESLĒGTA, rozā pirksta poga - IZSLĒGTA

2. GRIPS: elastīgas sloksnes vadīklas Satvērējs - pirksts līdz pusei saliekts - ATVĒRTS, pilnībā saliekts pirksts - AIZVĒRT

3. ROKAS: Plaukstas locītavu kontrolē, noliekot plaukstu no pilnīgi horizontālas pozīcijas attiecīgi uz augšu un uz leju. Lielāks slīpums rada lielāku ātrumu

4. ROKS: Roku kontrolē, noliekot plaukstu no pilnīgi horizontālas pozīcijas KREISI un PAREIZI. Lielāks slīpums rada lielāku ātrumu

5. PLEČS: plecu kontrolē, pagriežot plaukstu pa labi un pa kreisi no plaukstas, kas vērsta taisni uz augšu. Plauksta tiek pagriezta pa elkoņa asi (tāpat kā rokas vicināšana)

6. PAMATS: Bāzi kontrolē tāpat kā plecu ar plaukstu, kas vērsta taisni uz leju.

9. solis: KAS CITS?

IEDOMĀJUMS DARBĀ

Kā parasti ar šādām sistēmām, tās varētu ieprogrammēt daudz vairāk.

Piemēram, pašreizējais dizains jau ietver papildu iespējas, kas nav iespējamas ar standarta tālvadības pulti:

• Pakāpenisks ātruma palielinājums: katra motora kustība tiek uzsākta ar iepriekš noteiktu minimālo ātrumu, kas tiek pakāpeniski palielināts ik pēc 1 sekundes, līdz tiek sasniegts maksimālais ātrums. Tas ļauj precīzāk kontrolēt katru motoru (īpaši plaukstas locītavu un satvērēju)
• Ātrāka kustības atcelšana: kad Arm Box saņem komandu apturēt motoru, tā uz brīdi apgriež dzinēju apmēram 50 ms, tādējādi "pārtraucot" kustību un ļaujot precīzāk kontrolēt.

KAS VĒL?

Varbūt varētu ieviest sarežģītākus kontroles žestus. Vai arī vienlaicīgus žestus varētu izmantot sarežģītām vadīklām. Vai Arm var dejot?

Ja jums ir ideja, kā pārprogrammēt cimdu, vai jums ir skices versija, kuru vēlaties pārbaudīt - lūdzu, dariet man to zināmu: [email protected]

10. solis: *** MĒS UZVARĒJĀM !!! ***

Šis projekts ieguva pirmo balvu konkursā Coded Creations, ko sponsorēja Microsoft.

Pārbaudiet to! WOO-HOO !!!

Otrā balva kodētajos darinājumos