Рука робота с голосовым управлением: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

В этом руководстве объясняется, как создать роботизированную руку с голосовым управлением, используя Arduino Uno R3, модуль Bluetooth HC-06 и пять шаговых двигателей. [1]

Голосовые команды Bluetooth отправляются с вашего мобильного телефона Android на интерпретатор Arduino Uno R3, который управляет рукой.

MIT AppInventor 2 использовался для написания приложения для Android, использующего возможности Google-Speech-To-Text. [2]

Рука, сделанная из алюминиевого профиля размером 20 мм x 3 мм и проволочной вешалки, была сконструирована для проверки некоторых идей. Техника построения и код могут быть интересны другим.

Возможности включают:

• Просто сделать
• Индивидуальные движения пальцев
• Групповые движения пальцев
• Программируемые формы рук для различных задач
• Легкий вес
• Каждый палец управляется тросом…
• Работает под водой, если это необходимо (без коротких замыканий двигателей)

Без учета вашего мобильного телефона ориентировочная стоимость строительства этого проекта составляет менее 100 долларов США.

Изображений

На фото 1 изображена механическая рука.

На фото 2 изображена рука, прикрепленная к моторному блоку.

На фото 3 показан голосовой контроллер Bluetooth (сотовый телефон).

Фото 4 - это снимок экрана, показывающий типичный диалог.

Видео демонстрирует работу руки с голосовым управлением.

Примечания

[1]

Шаговые двигатели из прошлых проектов. Серводвигатели должны работать одинаково хорошо после небольшого изменения кода.

[2]

MIT AppInventor 2 находится в свободном доступе по адресу

Приложение VTT.apk (Voice To Text) и код VTT.aia для этого проекта представлены в этом руководстве, если вы захотите его адаптировать.

Шаг 1: Список деталей

Следующие детали были получены с

• 1 только Arduino UNO R3 с USB-кабелем
• 1 только прототип макетной платы для Arduino UNO R3
• 1 только модуль Bluetooth HC-06
• 5 только 17HS3430 Nema17 12-вольтовые шаговые двигатели
• 5 только Big Easy Driver v1.2 A4988 Платы драйвера шагового двигателя
• 5 только GT2 20 зубьев алюминиевый шкив ГРМ Диаметр 5 мм Ширина 6 мм с винтом
• 5 только GT2 Промежуточный шкив Диаметр 4 мм с подшипником для ремня ГРМ GT2 Ширина 6 мм 20 зубцов
• 5 только GT2 Резиновый ремень ГРМ с замкнутым контуром 6 мм 160 мм
• 1 только pkt 120 шт. 10 см от мужчины к мужчине + от мужчины к женщине и от женщины к женщине перемычка Dupont кабель для Arduino diy kit

Следующие детали были получены на месте:

• 1 только алюминиевый профиль длиной 20 мм x 3 мм
• 1 кусок алюминиевого лома размером 120 x 120 мм
• 1 композитная доска только 200 мм x 100 мм x 6 мм (для разгибания кисти и запястья)
• 1 только композитная плата 500 мм x 500 мм x 6 мм (для опорной плиты)
• 1 обрезок древесины короткой длины (около 520 мм) 18 мм x 65 мм (для опорных ножек)
• 1 вешалка из проволоки (приблиз. Диаметр 2,4 мм)
• 1 только длина карнизной проволоки
• 1 только глазок-занавес
• 1 катушка с нейлоновой леской весом 30 фунтов
• 1 только короткая шапка-резинка
• 1 только pkt кабельные стяжки
• 1 резистор только 1200 Ом 1/8 Вт
• 1 резистор только 2200 Ом 1/8 Вт
• 1 только 1N5408 силовой диод на 3 ампера
• 1 только переключатель SPST (однополюсный, однопозиционный)
• 1 только 2-контактный клеммный блок для печатной платы
• Только 15 нейлоновых стоек с резьбой M3 x 9 мм
• 30 только болтов M3 x 5 мм (для нейлоновых стоек)
• 30 только болтов M3 x 10 мм (для пальцев и крепления двигателя)
• 2 только болта M4 x 15 мм (для разгибания запястья)
• 5 только болтов M4 x 30 мм (для натяжных шкивов)
• 17 только гайки M4 (для натяжных шкивов)
• 12 шурупов только для дерева (для ножек опорной плиты)

Ориентировочная стоимость этих запчастей менее 100 долларов.

Шаг 2: Принципиальная схема

Принципиальная схема руки робота представлена на фото 1.

Соответствующий экран двигателя / Bluetooth показан на фото 2.

Драйверы Big Easy показаны на фото 3.

Контроллеры моторов Big Easy Driver поддерживают шлейфовое подключение

Электропроводка двигателя

Может потребоваться поменять местами два центральных провода от каждого шагового двигателя 17HS3430 Nema17 на 12 В, поскольку платы драйвера шагового двигателя Big Easy Driver v1.2 A4988 ожидают, что провода от каждой из обмоток катушки будут смежными.

Для этого необходимо поменять местами два центральных провода от каждого двигателя (фото 4).

Последовательность цветов по умолчанию для кабелей 17HS3430 (для моих двигателей) - красный, синий, зеленый, черный. Цветовая последовательность после модификации - красный, зеленый, синий, черный.

Красно-зеленая обмотка подключена к клеммам «A» Big Easy Driver.

Синяя и черная обмотка присоединена к клеммам «B» Big Easy Driver.

Ограничения по току для Big Easy Driver

Ограничение по току на каждом из драйверов Big Easy должно быть установлено на 400 мА (миллиампер).

Для достижения этой цели:

1. Выключите питание [1]
2. Отключите ваш Arduino
3. Отключите каждый кабель двигателя.
4. Поверните каждый из потенциометров ограничения тока на платах A4988 Big Easy Driver Board до упора по часовой стрелке.
5. Подайте 12 вольт на Big Easy Drivers… вы должны получить показание тока от 90 до 100 мА. Это ток, потребляемый светодиодами.
6. Отключите питание 12 В [1]
7. Подключите двигатель «Thumb», включите питание и отрегулируйте ток питания до 490 мА.
8. Отключите питание 12 В [1]
9. Отключите двигатель Thumb.
10. Повторите шаги 6, 7, 8, 9 для каждого из оставшихся двигателей.

Подключите все кабели двигателя к соответствующим контроллерам.

Общий ток питания при подаче питания будет чуть более 2 ампер.

Примечание

[1]

НИКОГДА не подключайте и не отключайте шаговый двигатель при включенном питании. Индуктивный «толчок» (скачок напряжения) может повредить контроллеры.

Шаг 3. Рука… Концепция

Моя первая рука робота, описанная на https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, состоит из множества мелких деталей и для стыков используется клейкая лента.

Эта альтернативная рука более прочная, в ней меньше деталей и ее легче изготовить.

На фотографиях выше показана основная концепция… если вы удалите центральный болт с пантографа, «шарнир» будет вращаться как минимум на 90 градусов [1]

Примечание

[1]

Я намеревался использовать рычаг пантографа в моем плоттере исполнительных механизмов https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo…, но отказался от этой идеи, поскольку из-за большого количества шарниров было слишком много нежелательных движений.

Шаг 4. Вручите… Прототип

На фотографиях выше показано, как можно создать «палец» из отрезка алюминиевого профиля и проволочной вешалки.

Шарнир отличается плавностью хода и необычайной прочностью.

Гайки и болты не требуются… капля припоя на каждом конце провода фиксирует их на месте.

Шаг 5: Рука… Строительство

Для изготовления этой руки требуется немного инструментов… всего лишь ножовка, несколько сверл и напильник.

Шаг 1

• Нарисуйте на бумаге контур вашей руки. (фото 1)
• Отметьте «линию суставов» и основные «суставы пальцев».
• Не обращайте внимания на кончики пальцев … они обычно не так сильно сгибаются … достаточно скоса. Если требуется небольшой изгиб, его можно добавить позже.

Шаг 2

• Отрежьте отрезки длиной до пальцев из алюминиевого профиля (фото 2).
• Просверлите четыре отверстия для плечиков… по одному в каждом углу алюминиевого профиля. (фото 4)
• Просверлите отверстие меньшего диаметра за каждым из первых отверстий. Они используются для резинки шляпы и нейлоновых жилок. (фото 4)
• Отрежьте куски проволоки от плечиков и согните каждый конец на 90 градусов.
• При соединении алюминиевых пальцевых секций перекрестите провода. Провода вставляются с противоположных сторон.
• Закрепите провода, нанеся припой на каждый конец провода. Не беспокойтесь о прилипании припоя к алюминию… это не так.
• Удалите флюс из швов минеральным скипидаром (или подобным), затем нанесите каплю масла для швейных машин. Промокните излишки масла бумажным полотенцем.

Шаг 3

• Прикрепите каждый палец к деревянной ручке с помощью L-образных алюминиевых скоб, сделанных из куска листового алюминия.
• Подпилите упоры так, чтобы пальцы были прямыми при полном разгибании. (фото 4)

Шаг 4

Прикрепите большой палец (фото 2). Кронштейн для большого пальца выглядит сложным, но представляет собой просто L-образный кусок листового алюминия, вырезанный под углом. Затем срезается изгиб на 90 градусов и разводятся концы

Шаг 5

• Между оставшимися верхними дырочками привяжите кусок шапки-резинки (фото 4).
• Отрегулируйте натяжение так, чтобы пальцы просто разгибались.

ШАГ 6

• Прикрепите нейлоновые сухожилия (леску) к отверстиям для нижних пальцев.
• Пропустите каждое нейлоновое волокно через отверстия диаметром 2 мм, просверленные в (изогнутой) деревянной доске. Эти отверстия действуют как глаза-занавески. (фото 2)

Шаг 7:

Проушина для штор используется для изменения направления нейлонового сухожилия большого пальца. Проушина для штор ввинчивается в нейлоновую стойку с резьбой M3, расположенную с другой стороны руки

Шаг 6. Программное обеспечение… Android

На фото 1 показан экран «Дизайн» MIT AppInventor 2 для моего приложения VTT (Voice-To-Text).

На фото 2 показаны «блоки», используемые в этом приложении.

Фотографии 3 и 4 - это небольшие изображения в формате PNG, которые я использовал. Микрофон - это бесплатная графика откуда-то… значок Bluetooth - мой.

Чтение кода

• Два верхних левых «блока» подключают ваш телефон к Arduino, когда вы нажимаете кнопку «Bluetooth».
• Два средних левых «блока» отправляют вашу голосовую команду на Arduino, когда вы нажимаете кнопку «микрофон». Текст создается с помощью Google Speech_To_Text.
• Все голосовые команды отображаются в виде текста над значком «микрофон».
• Два нижних левых «блока» передают этот текст «настраиваемой» кнопке, если вы захотите повторить команду во время тестирования.
• Два нижних правых блока отправляют в руку слова «открыть» и «закрыть». Я подумал, что это пригодится при тестировании.
• Три верхних правых «блока» контролируют время.

VTT.apk

Прикрепленный файл VTT.apk представляет собой фактическое приложение для телефона Android.

Чтобы установить VTT.apk:

• Скопируйте VTT.apk на свой телефон (или отправьте его себе по электронной почте в виде вложения)
• Измените настройки телефона, чтобы разрешить установку сторонних приложений
• Загрузите установщик apk с
• Запустите установщик.

VTT.aia

Альтернативный метод установки кода:

• создать учетную запись MIT AppInventor
• Загрузите и установите MIT AppInventor 2 с
• Загрузите и установите «MIT AI2 Companion» со страницы https://play.google.com/store на свой телефон.
• Имитируйте фотографию 1 на экране «Дизайн».
• Копируйте блоки, показанные на фото 2.
• Запустите «MIT AI2 Companion» на своем телефоне.
• Щелкните «Сборка | Приложение (укажите QR-код для.apk) »
• Когда появится QR-код, нажмите на телефоне опцию QR.
• Следуйте подсказкам.

Шаг 7: программное обеспечение Arduino

Инструкция по установке

Загрузите прикрепленный файл «VTT_voice_to_text_7.ino»

Скопируйте содержимое файла в новый скетч Arduino и сохраните.

Загрузите эскиз в свой Arduino.

Примечания к дизайну

Английский язык чрезвычайно сложен.

Часто есть несколько способов сказать одно и то же. В следующих примерах «рука» и «пальцы» имеют то же значение:

• «Раскройте руку» ……………………………………… относится к вашей руке.
• «Раскройте пальцы» …………………………………… относится к вашей руке.

Но ключевые слова также могут иметь разное значение:

• «Раскройте пальцы» ………………………………….. относится к вашей руке.
• «Раскройте указательный и средний пальцы» ………… относится к определенным пальцам.

Значимые команды требуют как минимум двух ключевых слов. Следующие команды не приводят к действию руки, поскольку у них есть только одно ключевое слово:

• «Открыть» …………………………………………………….. одно ключевое слово «открыто» [1]
• «Протяни мне руку» ……………………………………….одно ключевое слово «рука»
• «Дайте мне гаечный ключ» ………………………………… одно ключевое слово «рука»

Чтобы интерпретировать эти команды, я сгруппировал ключевые слова со схожими значениями следующим образом:

• Несколько пальцев: «рука», «пальцы», «открыть», «закрыть», «отпустить» [1]
• Конкретные пальцы: «большой», «указательный», «средний», «безымянный», «маленький».
• Открытые пальцы: «разжать», «поднять», «разжать», «отпустить» [1]
• Смыкнуть пальцы: «закрыть», «опустить» [1]
• Задачи: «нести», «удерживать», «забирать», «демо», «откалибровать».

Каждая группа ключевых слов связана с «флагом». Для интерпретации естественной речи каждый раз, когда обнаруживается ключевое слово, срабатывает флаг или группа флагов. Речевому интерпретатору нужно только посмотреть на комбинации флагов, чтобы определить, какие действия требуются.

Рекурсия

Рекурсия происходит, когда команда вызывает себя один или несколько раз.

Предположим, что некоторые из ваших пальцев вытянуты, а некоторые сомкнуты. Предположим также, что вы хотите, чтобы большой палец был вытянут, а пальцы сомкнуты, как если бы вы что-то носили.

Способ 1

Этого можно добиться с помощью следующих двух голосовых команд:

• «Раскрой свою руку»
• «Сомкните указательное среднее кольцо и мизинцы»

Способ 2

Вместо выполнения двух отдельных команд вы можете создать задачу «carry ()»:

Неси это для меня

Эта команда активирует функцию «carry ()», которая затем выдает:

• процесс («раскрой руку»);
• процесс («сомкните указательное среднее кольцо и мизинцы»)

Это рекурсивное действие позволяет создавать сложные формы рук.

Примечание

[1]

Для удобства я запрограммировал интерпретатор так, чтобы он принимал команды «открыть», «закрыть» и «отпустить» как однословные команды.

Шаг 8: Резюме

В этом руководстве показано, как можно построить руку робота из короткого отрезка алюминиевого профиля и проволочной вешалки.

Рука была создана для проверки некоторых идей. Беруши прикреплены к кончикам пальцев для улучшения захвата.

Возможности включают:

• Просто сделать
• Каждый палец управляется тросом.
• Индивидуальные движения пальцев
• Групповые движения пальцев
• Программируемые формы рук для различных задач
• Бюджетный
• Легкий вес
• Работает под водой, если это необходимо (без коротких замыканий двигателей)

Каждый палец управляется тросом. Нейлоновая леска используется для сухожилий, каждое из которых проходит через отрезок гибкой проволочной занавески.

На фото 2 в разделе «Введение» показаны два кабеля… один с двумя жилами… другой с тремя. Это нормально, если радиус изгиба большой, иначе пальцы будут прилипать при изгибе кабелей. Это было преодолено за счет использования пяти отдельных кабелей в видео.

В то время как нейлоновая леска работает, она имеет свойство растягиваться. Рыболовные следы из нержавеющей стали были бы лучшим выбором… Катушка у меня заказана.

Приводы сделаны из шаговых двигателей и бесконечных ремней. Тросы крепятся к приводным ремням с помощью кабельных стяжек.

Этот проект должен одинаково хорошо работать с серводвигателями. Если вы решите использовать сервоприводы, потребуются незначительные изменения кода.

Голосовые команды Bluetooth отправляются на ваш Arduino из приложения для мобильного телефона Android.

Код приложения для мобильного телефона был разработан с использованием MIT AppInventor 2 и опубликован в этом руководстве.

Голосовой интерпретатор Arduino чрезвычайно надежен. Код, включенный в это руководство, может быть использован в других проектах.

Без учета мобильного телефона ориентировочная стоимость строительства этого проекта составляет менее 100 долларов США.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть другие мои инструкции.