Guanto Flex Sensor: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questo è un progetto divertente che può essere adattato per controllare qualsiasi cosa, dai bracci robotici alle interfacce di realtà virtuale.

Passaggio 1: materiali e parti

Per il guanto:

• Un guanto da giardinaggio economico
• Arduino Lilypad
• Portacellulare Lilypad
• Filo per cucire conduttivo
• Filo per cucire normale
• Velostat
• Nastro adesivo
• super colla
• Elastico
• Cinque resistori da 4,7Kohm

Per il braccio:

• Cinque servi SG90
• Cavo elettrico
• Filamento PLA o ABS
• Ninjaflex (o altro filamento flessibile)
• Lenza
• Alimentazione 5V
• Piccola breadboard (opzionale ma utile per cablare i servocomandi in parallelo)

Nota: se non si dispone di un filamento di stampa 3D flessibile è possibile utilizzare un braccio robotico diverso da Flexy Hand

Passaggio 2: realizzare i sensori Flex

Il materiale che ho usato, velostat, è un materiale piezoresistivo. Ciò significa che è sensibile alla pressione e quando lo premi, lo pieghi o lo deformi, la resistenza cambierà. È questa proprietà che utilizzeremo per misurare quanto si piega ogni dito.

Iniziate tagliando 5 strisce di velostat, circa 0,7cm x 8cm, le dimensioni esatte sono irrilevanti in quanto ci interessa una lettura qualitativa della resistenza e non quantitativa.

Quindi posiziona 2 pezzi lunghi di nastro adesivo a faccia in su su una superficie piana e taglia due lunghezze di filo per cucire conduttivo, direi lungo almeno 40 cm, è sempre meglio avere un eccesso. Facoltativamente, applica una piccola goccia di super colla sul nastro adesivo, vicino alla base. Questo non è necessario, ma ho scoperto che impedisce che il filo per cucire venga estratto accidentalmente. Se non si dispone di filo per cucire conduttivo, potrebbe essere possibile utilizzare un filo di rame sottile per questo passaggio come il filo che si trova nei cavi delle cuffie (dico "potrebbe" perché non ho testato questa idea).

Metti le 2 lunghezze di filo per cucire sopra il nastro adesivo lungo il centro, con la coda del filo per cucire che sporge dall'estremità del nastro adesivo. È importante raggiungere quasi l'intera lunghezza del nastro adesivo perché se non lo fai il sensore flessibile raccoglierà le letture solo vicino alla base del dito e non sulla punta.

Appoggia il velostat sopra un pezzo di filo per cucire in modo che ne copra l'estremità (non vuoi che i 2 pezzi di filo per cucire si tocchino). Quindi sollevare l'altro pezzo di nastro adesivo sul lato scoperto del velostat, premendo con forza per rimuovere le bolle d'aria. Alla base del sensore assicurarsi che i 2 pezzi di filo per cucire non stiano creando un corto circuito, per evitare che ciò accada farli uscire dal nastro adesivo sui lati opposti (simile ad una giunzione a forma di "Y", vedi foto).

Tagliare il nastro adesivo in eccesso come desiderato. Infine super incolla un piccolo pezzo di elastico all'estremità del sensore. Ripeti l'operazione 5 volte regolando le dimensioni di ciascun sensore per adattarlo in modo ottimale al tuo dito.

Passaggio 3: crea il guanto

Darò una panoramica dei passaggi che ho seguito personalmente, ma il modo in cui lo fai varierà caso per caso, in gran parte dipende dal guanto che usi.

Un punto chiave che non posso sottolineare abbastanza è che il filo per cucire conduttivo NON è come il normale filo per hobby, non c'è una guaina isolante. Inoltre, poiché il guanto è flessibile e può piegarsi su se stesso, è molto facile creare un cortocircuito, con conseguente distruzione di componenti e grandi fori fusi nel guanto.

Se non si dispone di filo per cucire conduttivo è possibile utilizzare fili normali e saldare i collegamenti.

Ho iniziato collegando la batteria al guanto e collegando 5V e GND all'Arduino Lilypad. Non cucire ancora completamente il Lilypad poiché dovremo piegarlo all'indietro e cucire sotto di esso (vedi foto sopra).

Consiglierei anche di rivestire la parte inferiore della scheda Lilypad con del nastro isolante per evitare cortocircuiti.

Quindi saldare le estremità di cinque resistori da 4,7Kohm in piccoli anelli (potrebbe essere necessario regolare il valore di resistenza in base alla lunghezza e alla larghezza delle strisce velostat). Facoltativo: usa la colla a caldo per attaccarli al guanto, è più complicato cucirli se inizialmente non sono tenuti in posizione.

Consulta attentamente le immagini sopra e lo schema del circuito prima di continuare, è importante tracciare il percorso per il filo da cucito prima di iniziare altrimenti ti "cucirai in un angolo".

Personalmente ho iniziato a cucire da GND sul pacco batteria ai 5 resistori e poi da ogni singolo resistore ai pin da A0 ad A4 andando sotto la scheda Lilypad che abbiamo coperto con nastro isolante in precedenza. Successivamente ho incollato l'estremità del primo sensore flessibile al pollice con un'estremità del filo per cucire che andava a 5V e l'altra estremità ad A0. Ripeti questo per ogni dito, ma invece di andare direttamente a 5V ogni volta (e creare un labirinto di punti) cuci semplicemente sul sensore di flessione precedente.

Per garantire che ciascuno dei sensori di flessione rimanga sotto tensione quando muovi le dita, cuci l'elastico che abbiamo attaccato al sensore di flessione nell'ultimo passaggio alle punte delle dita del guanto. Facoltativamente, cuci alcuni anelli attorno al sensore di flessione per assicurarti che rimangano in posizione mentre muovi la mano.

Infine saldare 5 fili ai pin digitali da 5 a 9, questi verranno utilizzati in seguito per dire ai servi dove andare.

Passaggio 4: costruisci il braccio

Ho stampato in 3D i file di arm off resi disponibili dall'utente Gyrobot su Thingiverse. Li puoi trovare qui.

Se vuoi puoi anche stampare in 3D un avambraccio, ma a causa dei vincoli di filamento ho realizzato un modello di cartapesta del mio avambraccio. Ho usato cinque servi SG90 tenuti in un telaio stampato in 3D, collegati a ciascun dito tramite lenza. Collegare tutte le connessioni GND e Vin in parallelo a una fonte di alimentazione esterna come un trasformatore da parete 5V AC-DC.

Collegare i pin di ingresso del servo (solitamente i fili arancioni per convenzione) ai corrispondenti pin digitali sul guanto.

Passaggio 5: carica il codice

A meno che tu non disponga di un cavo FTDI, dovrai programmare il Lilypad tramite un Arduino Uno. I passaggi per questo sono delineati in questo istruibile. Assicurati di aver selezionato il tipo di scheda Arduino corretto, per cambiarlo vai su Strumenti/Scheda/Lilypad Arduino.

Seguendo le istruzioni sopra, caricare prima il codice di calibrazione.

Copiare l'output dal codice di calibrazione nella riga 31 di questo codice, quindi caricarlo.

Passaggio 6: commento sul baud rate

Ho avuto un bug piuttosto frustrante con il baud rate (che è la velocità con cui i dati vengono comunicati attraverso la porta seriale) essendo un fattore due più grande di quello che ho programmato per essere. Guarda il mio video su YouTube intorno alle 2:54 per una dimostrazione del problema. Sfortunatamente questo mi ha impedito di seguire il mio piano iniziale che era quello di utilizzare il bluetooth e comunicare in modalità wireless tra il guanto e la mano robotica.

Non sono riuscito a risolvere il problema della velocità di trasmissione, ma la mia ipotesi migliore è che ci sia una discrepanza tra l'hardware del software pensando che l'oscillatore sulla scheda sia 8 mHz o 16 mHz. Questo potrebbe essere dovuto al fatto che ho acquistato una scheda clone economica e non il prodotto ufficiale. Se usi il prodotto reale potresti non avere questo problema. Tuttavia, questa è solo una mia speculazione e se qualcuno conosce il vero motivo per favore me lo faccia sapere nei commenti qui sotto.

Come correzioni temporanee ho trovato 2 modi per aggirare questo:

• Raddoppia il baudrate utilizzando il pulsante in basso a sinistra del monitor seriale. Ad esempio, se il codice dice Serial.begin(9600); modificare l'uscita del monitor seriale su 19200.
• Invece di scegliere Arduino Lilypad come scheda, scegli Arduino Pro come scheda. Per farlo nell'IDE di Arduino, vai: Strumenti/Scheda/Arduino Pro o Pro Mini, quindi carica.

Passaggio 7: completamento

Spero che tu abbia trovato questa informativa istruttiva, se hai domande o suggerimenti per favore lasciali nel commento in basso.

Terzo premio al concorso Make It Move 2017