如何用Arduino制作遥控机械手

描述

这是我高中五年级的学校项目（我是意大利人，我们有 5 年的高中）。

它包含一只由带有柔性传感器的手套控制的人造手。仿真手通过无线方式再现了带有控制手套的手的动作。手和手套都适用于 Arduino。

我只是想为所有感兴趣的人分享我的工作:)

本指南仍在开发中，抱歉，如果某些部分不清楚，我会在以后放一些 3D 图像。

第 1 步：所需材料

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控制手套的材料：

•弹性手套；

•LilyPad Arduino板（有不同的版本，通常只有 4 个模拟输入，所以请注意并购买图中的那个）：它的工作原理与经典的 Arduino UNO 完全一样，因此您甚至可以使用 Arduino Nano，但要付费注意所需的电压；

•XBee 模块：用于无线电通信；

•用于连接Xbee模块的屏蔽层；

• 5 个柔性传感器；

• 5 个电阻：47 KΩ；

•带3x1.5 V电池的电池组（Lilypad 可以从2.7 到5.5 V 供电，所以4.5 V 没问题）；

•LilyPad FTDI 适配器：将 LilyPad 板连接到 PC 并使用 Arduino IDE 加载程序（非常可选，因为您也可以使用 Arduino UNO 板移除 ATmega 芯片，但每次都进行这种连接很棘手） .

-机械手的材料：

•手掌为钢结构，手指为木结构。

•Arduino UNO 开发板；

•XBee 模块；

• 5 个伺服电机5V 供电（我用的是 TowerPro SG90）；

• Arduino UNO 的伺服电机屏蔽：为了连接伺服电机，我使用了FuturaElettronica的 Robot_Shield，它还有一个开关稳压器来为整个电路供电，但您可以使用任何用于控制伺服电机的屏蔽。链接：https://store.open-electronics.org/index.php?_rou... ；

•用于连接XBee模块的屏蔽（我做了一个糟糕的，但它很经济，而且由于Robot_Shield 的尺寸，我需要做一个小的）；

•钓鱼线；

•（可选）钓鱼坠子，用于固定钓鱼线，也可以简单地打个结；

•9 伏电池。

- 需要的工具：

•角磨机（主要用于切割木材和钢材）；

•轴向磨床；

•焊机（带电极）；

•钻孔；

•焊台和焊料；

• 电工剪刀；

•钳子；

•热缩管。

第 2 步：制作手套

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要制作控制手套，我建议首先选择不同组件的正确位置，然后用适当长度的电线连接所有部件。

要使用 Arduino LilyPad 进行模拟读取，您需要制作一个分压器，因为柔性传感器不像电位器那样工作（它们只有 2 个触点）。

所以按照方案，首先将 5 个电阻焊接到 LilyPad 板上，一侧连接到 5 个不同的模拟引脚，另一侧共同接地。然后焊接柔性传感器，一侧连接到 5 个不同的模拟引脚，另一侧连接到正极。

然后连接 XBee Shield：两根线用于电源，另外两根用于信号。将 Tx 引脚焊接到 Rx，反之亦然。

现在你需要电池组和手套了。

小心：不要为 Arduino LilyPad 供电超过 5.5 V，也不要反过来供电（即使有时我错误地做到了......它仍然有效！）

第 3 步：制作机械手

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这是最复杂的部分，因为你必须选择合适的材料来制作手，但如果你有可能 3D 打印手也可以很容易（网上有许多不同的 3D 项目用于打印手部分).

我开始用软木做手指，为动作找到合适的结构，然后我用树枝做。

因此，每个手指制作三个木制圆柱体，其中两个比指骨的正常长度高出 1 厘米，需要将一个圆柱体放入另一个圆柱体中。

然后用角磨机制作凹槽，使零件装配在一起（看图片，你会更好地理解）。

您需要一些砂纸来使零件弯曲，以便它们可以旋转。

使用钻头为铰链打孔，然后你必须为钓鱼线打另外两个孔，垂直，一个朝向手的内侧，一个向外。所以当电线放在手指的顶部时，当你向内拉一根时，手指会闭合，当你向外拉时，手指会张开。

手掌有问题，因为我最初是用木头做的，而且较薄的部分总是坏掉。所以我决定用钢做它，我没有遇到任何问题。

切割它并做一些类似于为手指制作的突起以将它们固定到手掌上（参见图像作为参考）。然后用钻头为钓鱼线钻其他孔，拇指会很棘手，因为它不像其他手指那样垂直。

制作好手之后，需要制作五个伺服电机的支架和Arduino UNO板的支架。一定要选择正确的舵机位置，这样它们在旋转时不会相互接触。

最后一部分是将手指连接到伺服电机：将鱼线固定在手指的顶部并使其穿过孔；然后，当电线位于手的底部时，以最大旋转 (180°) 转动转子（手动，不通电），使其处于垂直位置，然后将闭合手指的电线设置为最低转子的孔，例如打结；再次转动转子 0°（再次垂直，之前打的结在顶部）然后将另一根线（打开手指）设置到转子的最低孔。按照此步骤中的最后一张图片可以更好地理解。

因此，当电机处于 0°（垂直）时，手指打开，当转子处于 180°（再次垂直）时，手指闭合。

第 4 步：机械手电路

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对于电路，您可以选择使用 Arduino UNO 的伺服电机屏蔽（在 eBay 或亚马逊上搜索）和 XBee 屏蔽，或者使用 XBee 模块和引脚制作自定义屏蔽（我会尽快制作）用于伺服电机，并通过其插孔端口为 Arduino UNO 供电。

我自己DIY的XBee Shield用了一个12KOhm的电阻和一个22KOhm的电阻，大家可以看图中的接线。

所以我使用了我之前买的东西，但是你可以使用任何可以控制伺服电机和 XBee 的东西。

伺服电机有 3 根线：

黄色：信号（连接到数字引脚）；

红色：电源（+5 V）；

棕色：接地（GND）。

所以现在你不会犯错了:)

我使用了最简单的伺服电机，工作电压为 5 V，旋转角度为 180 度（这是完美的角度，我们不需要更多）。

电脑的USB接口无法提供足够的电力来控制5个伺服电机，所以我建议使用12V电源测试一切，然后使用9V电池（最好是碱性电池）。

第 5 步：程序

手和手套的程序以及所有描述都在下面的链接中。

请记住：要加载程序，您必须移除连接到 Arduino 的 TX 和 RX 引脚的所有内容（在本例中为 XBee 模块），否则程序将无法加载。还要记住在 IDE 中设置正确类型的 Arduino（LilyPad 或 Arduino UNO）。