Mano robotica a comando vocale: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo tutorial spiega come costruire una mano robotica a comando vocale utilizzando un Arduino Uno R3, un modulo Bluetooth HC-06 e cinque motori passo-passo. [1]

I comandi vocali Bluetooth vengono inviati dal tuo cellulare Android all'interprete Arduino Uno R3 che controlla la mano.

MIT AppInventor 2 è stato utilizzato per scrivere l'app Android che sfrutta la potenza di Google-Speech-To-Text. [2]

La mano, realizzata con un estruso di alluminio lungo 20 mm x 3 mm e un appendiabiti in filo metallico, è stata costruita per testare alcune idee. Le tecniche di costruzione e il codice possono interessare ad altri.

Le caratteristiche includono:

• Semplice da realizzare
• Movimenti individuali delle dita
• Movimenti di gruppo delle dita
• Forme della mano programmabili per vari compiti
• Leggero
• Ogni dito è azionato da un cavo…
• Funziona sott'acqua se necessario (nessun motore in corto)

Escludendo il tuo cellulare, il costo stimato per costruire questo progetto è inferiore a $ 100

immagini

La foto 1 mostra la lancetta meccanica.

La foto 2 mostra la mano attaccata al gruppo motore.

La foto 3 mostra il controller vocale Bluetooth (cellulare)

La foto 4 è una schermata che mostra una tipica finestra di dialogo

Il video mostra la mano a comando vocale in azione

Appunti

[1]

I motori passo-passo provengono da progetti passati. I servomotori dovrebbero funzionare ugualmente bene con alcune modifiche al codice.

[2]

MIT AppInventor 2 è disponibile gratuitamente su

L'app VTT.apk (Voice To Text) e il codice VTT.aia per questo progetto sono presentati in questo tutorial se desideri adattarlo.

Passaggio 1: elenco delle parti

Le seguenti parti sono state ottenute da

• 1 solo Arduino UNO R3 con cavo USB
• 1 solo PCB Breadboard prototipo per Arduino UNO R3
• 1 solo modulo Bluetooth HC-06
• 5 solo motori passo-passo 17HS3430 Nema17 da 12 volt
• 5 solo schede driver Big Easy Driver v1.2 A4988 per motori passo-passo
• 5 solo GT2 20 denti in alluminio puleggia dentata foro 5 mm larghezza 6 mm con vite
• 5 solo GT2 puleggia folle foro 4 mm con cuscinetto per cinghia dentata GT2 larghezza 6 mm 20 denti
• 5 solo GT2 Cinghia dentata ad anello chiuso Gomma 6mm 160mm
• 1 solo pkt 120 pz 10 cm maschio a maschio + maschio a femmina e femmina a femmina cavo ponticello Dupont cavo per kit fai da te Arduino

Le seguenti parti sono state ottenute localmente:

• 1 solo estruso di alluminio di lunghezza 20 mm x 3 mm
• 1 solo pezzo di scarto di alluminio da 120 mm x 120 mm
• 1 solo pannello di composizione da 200 mm x 100 mm x 6 mm (per l'estensione della mano e del polso)
• 1 solo pannello di composizione da 500 mm x 500 mm x 6 mm (per piastra di base)
• 1 solo legno di scarto di lunghezza ridotta (circa 520 mm) 18 mm x 65 mm (per le gambe della piastra di base)
• 1 solo filo appendiabiti (diametro 2,4 mm circa)
• 1 solo lunghezza filo per tenda
• 1 solo occhio di tenda
• 1 solo bobina di filo da pesca in nylon da 30 libbre
• 1 solo breve lunghezza del cappello elastico
• 1 solo pkt fascette per cavi
• 1 solo resistore da 1200 ohm 1/8 watt
• 1 solo resistore da 2200 ohm 1/8 watt
• 1 solo 1N5408 Diodo di potenza da 3 Ampere
• 1 solo interruttore SPST (single pole single throw)
• 1 solo morsettiera PCB a 2 pin
• 15 solo distanziatori in nylon filettati M3 x 9 mm
• 30 solo bulloni M3 x 5 mm (per distanziali in nylon)
• Solo 30 bulloni M3 x 10 mm (per dita e supporti motore)
• 2 solo bulloni M4 x 15 mm (per l'estensione del polso)
• 5 solo bulloni M4 x 30 mm (per pulegge folli)
• 17 solo dadi M4 (per pulegge folli)
• 12 solo viti per legno (per gambe piastra di base)

Il costo stimato di queste parti è inferiore a $ 100

Passaggio 2: schema elettrico

Lo schema del circuito per la mano del robot è mostrato nella foto 1

Il motore corrispondente / lo scudo Bluetooth è mostrato nella foto 2

I Big Easy Driver sono mostrati nella foto 3.

I controller motore Big Easy Driver supportano il cablaggio a margherita

Cablaggio del motore

Potrebbe essere necessario invertire i due fili centrali di ciascun motore passo-passo 17HS3430 Nema17 da 12 volt poiché le schede driver del motore passo-passo Big Easy Driver v1.2 A4988 prevedono che i fili di ciascuno degli avvolgimenti della bobina siano adiacenti.

Per ottenere ciò è necessario scambiare i due fili centrali di ciascun motore (foto 4).

La sequenza di colori predefinita per i cavi 17HS3430 (per i miei motori) è rosso, blu, verde, nero. La sequenza di colori dopo la modifica è rosso, verde, blu, nero.

L'avvolgimento rosso e verde è collegato ai terminali "A" del Big Easy Driver.

L'avvolgimento blu e nero è collegato ai terminali "B" del Big Easy Driver.

Limiti di corrente di Big Easy Driver

Il limite di corrente su ciascuno dei Big Easy Drivers deve essere impostato su 400mA (milli-ampere).

Per realizzare questo:

1. Spegnere l'alimentazione [1]
2. Scollega il tuo Arduino
3. Scollegare ciascun cavo del motore
4. Ruotare ciascuno dei potenziometri del limite di corrente sulle schede driver Big Easy A4988 completamente in senso orario
5. Applica 12 volt ai Big Easy Drivers… dovresti ottenere una lettura di corrente compresa tra 90mA e 100mA. Questa è la corrente assorbita dai LED.
6. Spegnere l'alimentazione a 12 volt [1]
7. Collegare il motore "Pollice", applicare l'alimentazione e regolare la corrente di alimentazione a 490 mA
8. Spegnere l'alimentazione a 12 volt [1]
9. Scollegare il motore del pollice.
10. Ripetere i passaggi 6, 7, 8, 9 per ciascuno dei restanti motori

Collegare tutti i cavi del motore ai rispettivi controller.

La corrente di alimentazione totale sarà di poco superiore a 2 ampere quando viene applicata l'alimentazione

Nota

[1]

MAI collegare o scollegare un motore passo-passo con l'alimentazione applicata. È probabile che il "calcio" induttivo (picchi di tensione) danneggi i controller.

Passaggio 3: Mano … Concetto

La mia prima mano robotica, descritta in https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, ha molte piccole parti e usa del nastro adesivo per le giunture.

Questa mano alternativa è più robusta, ha meno parti ed è più facile da realizzare.

Le foto sopra mostrano il concetto di base… se si rimuove il bullone centrale da un pantografo il "giunto" ha una rotazione minima di 90 gradi [1]

Nota

[1]

Avevo intenzione di utilizzare il braccio del pantografo nel mio plotter attuatore https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo… ma ho abbandonato l'idea perché c'era troppo movimento indesiderato a causa del gran numero di giunti.

Fase 4: Mano … Prototipo

Le foto sopra mostrano come è possibile creare un "dito" da un pezzo di estruso di alluminio e un appendiabiti in filo metallico.

Il giunto ha un'azione fluida ed è notevolmente robusto.

Non sono necessari dadi e bulloni… un blob di saldatura su ciascuna estremità del filo li fissa in posizione.

Fase 5: Mano … Costruzione

Sono necessari pochi strumenti per realizzare questa mano… solo un seghetto, alcuni trapani e una lima.

Passo 1

• Traccia il contorno della tua mano su carta. (foto 1)
• Segna la tua "linea delle nocche" e le "articolazioni delle dita" principali
• Ignora le punte delle tue dita … normalmente non si piegano così tanto … è sufficiente una smussatura. Se è necessaria una leggera piegatura che può essere aggiunta in seguito.

Passo 2

• Tagliare sezioni a lunghezza di dita dall'estrusione di alluminio (foto 2)
• Praticare quattro fori del diametro di appendiabiti … uno in ogni angolo dell'estrusione di alluminio. (foto 4)
• Praticare un foro di diametro inferiore dietro ciascuno dei primi fori. Questi sono usati per l'elastico del cappello e per i tendini di nylon. (foto 4)
• Tagliare pezzi di filo dall'appendiabiti e piegare ciascuna estremità di 90 gradi
• Incrociare i fili quando si uniscono le sezioni delle dita in alluminio. I fili vengono inseriti da lati opposti.
• Fissare i fili applicando saldatura a ciascuna estremità del filo. Non preoccuparti per la saldatura che si attacca all'alluminio … non lo fa.
• Rimuovere qualsiasi flusso di saldatura dai giunti utilizzando trementina minerale (o simile), quindi applicare una goccia di olio per macchine da cucire. Tamponare l'olio in eccesso con un tovagliolo di carta.

Passaggio 3

• Attacca ogni dito alla forma della mano in legno usando staffe in alluminio a forma di "L" ricavate da un pezzo di lamiera di alluminio.
• Lima i dispositivi di arresto in modo che le dita siano dritte quando sono completamente estese. (foto 4)

Passaggio 4

Attacca il pollice (foto 2). La staffa per il pollice sembra complicata ma è semplicemente un pezzo di lamiera di alluminio a forma di "L" tagliato ad angolo. La curva a 90 gradi viene quindi tagliata e le estremità allargate

Passaggio 5

• Lega un pezzo di elastico per cappello tra i restanti fori superiori (foto 4).
• Regola la tensione finché le dita non si estendono appena.

Passaggio 6

• Attacca i tendini di nylon (lenza) ai fori delle dita inferiori.
• Passare ciascun tendine di nylon attraverso fori di 2 mm di diametro praticati in un pezzo di legno (curvo). Questi fori si comportano come occhi di tenda. (foto 2)

Passaggio 7:

Un occhio di tenda viene utilizzato per cambiare la direzione del tendine del pollice in nylon. L'occhio della tenda è avvitato in un distanziatore in nylon filettato M3 situato sull'altro lato della mano

Passaggio 6: software… Android

La foto 1 mostra la schermata "Design" di MIT AppInventor 2 per la mia applicazione VTT (Voice-To-Text).

La foto 2 mostra i "Blocchi" utilizzati in questa applicazione.

Le foto 3 e 4 sono i piccoli grafici-p.webp

Leggere il codice

• I due "blocchi" in alto a sinistra collegano il telefono ad Arduino quando si preme il pulsante "Bluetooth".
• I due "blocchi" centrali a sinistra inviano il tuo comando vocale all'arduino quando premi il pulsante "microfono". Il testo viene creato utilizzando Google Speech_To_Text.
• Tutti i comandi vocali vengono visualizzati come testo sopra l'icona "microfono".
• I due "blocchi" in basso a sinistra trasferiscono questo testo al pulsante "personalizzato" se desideri ripetere un comando durante il test.
• I due blocchi in basso a destra inviano le parole "apri" e "chiudi" alla mano. Ho pensato che sarebbero stati utili durante i test.
• I primi tre "blocchi" di destra controllano il tempo.

VTT.apk

Il file VTT.apk allegato è l'effettiva applicazione del telefono Android.

Per installare VTT.apk:

• Copia VTT.apk sul tuo telefono (o invialo via email a te stesso come allegato)
• Modifica le impostazioni del telefono per consentire l'installazione di app di terze parti
• Scarica un programma di installazione apk da
• Esegui il programma di installazione.

VTT.aia

Un metodo alternativo per installare il codice è:

• creare un account MIT AppInventor
• Scarica e installa MIT AppInventor 2 da
• Scarica e installa "MIT AI2 Companion" da https://play.google.com/store sul tuo telefono.
• Imitare la foto 1 nella schermata "Design"
• Replica i blocchi mostrati nella foto 2
• Esegui "MIT AI2 Companion" sul tuo telefono
• Fare clic su "Crea | App (fornire il codice QR per.apk)”
• Fai clic sull'opzione QR sul telefono quando viene visualizzato il codice QR
• Segui le istruzioni.

Passaggio 7: software Arduino

Istruzioni per l'installazione

Scarica il file allegato “VTT_voice_to_text_7.ino”

Copia il contenuto del file in un nuovo schizzo Arduino e salva.

Carica lo schizzo sul tuo Arduino.

Note di progettazione

La lingua inglese è estremamente complessa.

Spesso ci sono più modi per dire la stessa cosa. Nei seguenti esempi “mano” e dita” hanno lo stesso significato:

• “Apri la tua mano” ……………………………………… si riferisce alla tua mano
• “Apri le dita” …………………………………… si riferisce alla tua mano

Ma le parole chiave possono anche avere significati diversi:

• “Apri le dita” ………………………………….. si riferisce alla tua mano
• “Apri l'indice e il medio” ………… si riferisce a dita specifiche

I comandi significativi richiedono almeno due parole chiave. I seguenti comandi non comportano un'azione manuale poiché hanno solo una parola chiave:

• “Apri” ……………………………………………………..una parola chiave “apri” [1]
• “Dammi una mano”……………………………………….una parola chiave “mano”
• “Passami una chiave inglese” ………………………………… una parola chiave “mano”

Per interpretare questi comandi ho raggruppato le parole chiave con significati simili come segue:

• Più dita: “mano”, “dita”, “apri”, “chiudi”, “rilascia” [1]
• Dita specifiche: "pollice", "indice", "medio", "anello", "piccolo"
• Dita aperte: "apri", "alza", "estendi", "rilascia" [1]
• Chiudi le dita: "chiudi", "abbassa" [1]
• Compiti: "portare", "tenere", "raccogliere", "demo", "calibrare"

Ogni gruppo di parole chiave è associato a un "flag". Per interpretare il parlato naturale, viene attivato un flag o un gruppo di flag ogni volta che viene rilevata una parola chiave. L'interprete vocale deve solo guardare le combinazioni di flag per capire quali azioni sono necessarie.

ricorsione

La ricorsione si verifica quando un comando chiama se stesso una o più volte.

Supponiamo che alcune delle tue dita siano estese e alcune siano chiuse. Supponiamo anche che tu voglia avere il pollice esteso e le dita chiuse come quando stai trasportando qualcosa.

Metodo 1

I seguenti due comandi vocali otterranno questo risultato:

• “apri la tua mano”
• “chiudi il tuo indice medio anulare e mignolo”

Metodo 2

Invece di emettere due comandi separati, potresti creare un'attività "carry()":

“porta questo per me”

Questo comando attiva la funzione “carry()” che quindi emette:

• process(“apri la mano”);
• process ("chiudi il tuo indice medio anulare e mignolo")

Questa azione ricorsiva permette di creare forme complesse della mano.

Nota

[1]

Per comodità ho programmato l'interprete per accettare "apri", chiudi e "rilascia" come comandi di una sola parola.

Passaggio 8: riepilogo

Questa istruzione mostra come una mano robotica può essere costruita da un breve tratto di estruso di alluminio e un appendiabiti in filo metallico.

La mano è stata costruita per testare alcune idee. I tappi per le orecchie sono attaccati alla punta delle dita per migliorare la presa.

Le caratteristiche includono:

• Semplice da realizzare
• Ogni dito è azionato da un cavo.
• Movimenti individuali delle dita
• Movimenti di gruppo delle dita
• Forme della mano programmabili per vari compiti
• Basso costo
• Leggero
• Funziona sott'acqua se necessario (nessun motore in corto)

Ogni dito è azionato da un cavo. La lenza in nylon viene utilizzata per i tendini, ciascuno dei quali è alimentato attraverso un tratto di filo flessibile per tende.

La foto 2 nella sezione Intro mostra due cavi … uno con 2 tendini … l'altro con tre. Questo va bene se il raggio di curvatura è ampio, altrimenti le dita tendono ad attaccarsi quando i cavi vengono flessi. Questo è stato superato utilizzando cinque cavi separati nel video

Mentre la lenza in nylon funziona, tende ad allungarsi. La traccia da pesca in acciaio inossidabile sarebbe una scelta migliore … Ho un mulinello su ordinazione.

Gli attuatori sono costituiti da motori passo-passo e cinghie senza fine. I cavi sono fissati alle cinghie di trasmissione mediante una fascetta.

Questo progetto dovrebbe funzionare ugualmente bene con i servomotori. Saranno necessarie modifiche minori al codice se si sceglie di utilizzare i servi.

I comandi vocali Bluetooth vengono inviati al tuo Arduino da un'app per cellulare Android.

Il codice per l'app per telefoni cellulari è stato sviluppato utilizzando MIT AppInventor 2 ed è pubblicato in questo tutorial.

L'interprete vocale Arduino è estremamente affidabile. Il codice, che è incluso in questo istruibile, può essere utile in altri progetti.

Escludendo il tuo cellulare, il costo stimato per costruire questo progetto è inferiore a $ 100

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