दो ताली! - एक रोबोटिक हाथ: 5 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

एक दिन, हमारे इंजीनियरिंग के सिद्धांतों के वर्ग में, हम वीईएक्स भागों से मिश्रित मशीनों का निर्माण करने के लिए निकल पड़े। जैसे ही हमने तंत्र का निर्माण शुरू किया, हम कई जटिल घटकों को प्रबंधित करने के लिए संघर्ष कर रहे थे जिन्हें एक साथ इकट्ठा करने की आवश्यकता थी। काश कोई हमें हाथ दे सके…

यही कारण है कि हम, सुश्री बर्बावी की कक्षा में इरविंगटन हाई स्कूल के तीन छात्रों ने शुरू से ही रोबोटिक हाथ को डिजाइन करने और बनाने का फैसला किया! इस S. I. D. E के लिए $150 के वित्तीय अनुमान के साथ। परियोजना, हम बजट के तहत अच्छी तरह से रहते हुए आवश्यक सभी सामग्रियों को प्राप्त करने में सक्षम थे। तैयार उत्पाद में एक Arduino मेगा, एक सर्वो माइक्रो-कंट्रोलर होता है जो 5 सर्वो चलाता है, जिनमें से प्रत्येक एक 3D मुद्रित उंगली से जुड़ा होता है जो यथार्थवादी जोड़ों के साथ व्यक्तिगत रूप से स्थानांतरित करने में सक्षम होता है।

यह एक बहुत ही महत्वाकांक्षी परियोजना थी, यह देखते हुए कि सभी टीम के सदस्य व्यस्त जूनियर वर्ष के शेड्यूल वाले हाई स्कूल के छात्र हैं, और बेस अप से इलेक्ट्रॉनिक्स आधारित परियोजना को पूरी तरह से डिजाइन करने का कोई पूर्व अनुभव नहीं है। जबकि हमारी टीम के सदस्यों के पास पिछले कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन और प्रोग्रामिंग का अनुभव है, इस परियोजना ने Arduino हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर के संभावित उपयोग के लिए हमारी आँखें खोलीं, जिससे लोगों को उनके दैनिक कार्यों को पूरा करने में मदद मिल सके।

पैट्रिक डिंग द्वारा 3D मॉडलिंग और डिज़ाइन

अश्विन नटमपल्ली द्वारा प्रलेखन और अरुडिनो कोडिंग

संदेश श्रेष्ठ द्वारा Arduino कोडिंग, सर्किटरी, और निर्देश योग्य

चरण 1: कैडिंग

इस परियोजना का पहला और सबसे कठिन कदम उंगलियों से हाथ के 3डी मॉडल बनाना है। ऐसा करने के लिए, Autodesk Inventor, या Autodesk Fusion 360 (हमने पूर्व का उपयोग किया) का उपयोग करें।

हथेली, अंगुलियों के खंडों, उँगलियों और पिंकी फिंगर खंड के लिए अलग-अलग CAD बनाने के लिए भाग फ़ाइलों का उपयोग करें। जोड़ों और सर्वो के सुचारू संचालन के लिए इसमें हमें प्रति भाग २-३ संशोधन लगे।

डिज़ाइन किसी भी आकार और आकार का हो सकता है जब तक कि स्ट्रिंग का मार्ग चिकनी उंगली के संचालन की अनुमति देता है और उंगलियां एक-दूसरे से नहीं टकराती हैं। यह भी सुनिश्चित करें कि बंद मुट्ठी के लिए उंगलियां पूरी तरह से ढहने में सक्षम हैं।

स्ट्रिंग इंटरफेरेंस और अक्षम पथ के मुद्दे को ठीक करने के लिए, जैसा कि हमने अपने पहले संस्करण में पाया, लूप, स्ट्रिंग गाइड और सुरंग जोड़े गए ताकि स्ट्रिंग को आसानी से खींचा और ढीला किया जा सके।

यहां प्रत्येक भाग के लिए हमारे अंतिम रूप दिए गए मल्टीव्यू और.stl CAD फाइलें हैं।

चरण 2: 3डी प्रिंटिंग

CAD को पूरा करने के बाद, उन्हें जीवंत बनाने के लिए 3D प्रिंटर का उपयोग करें। यदि आपके द्वारा बनाए गए डिज़ाइन में कुछ समस्याएँ हैं, तो इस चरण को कई बार दोहराया जा सकता है।

3डी प्रिंट के लिए, पहले सीएडी फाइलों को एसटीएल फाइलों के रूप में निर्यात करें। ऑटोडेस्क आविष्कारक में ऐसा करने के लिए, फ़ाइल ड्रॉपडाउन मेनू पर क्लिक करें और निर्यात पर होवर करें। पॉपआउट कॉलम से, CAD फॉर्मेट चुनें। Windows फ़ाइल एक्सप्लोरर मेनू आपको ड्रॉपडाउन मेनू से.stl फ़ाइल चुनने और फ़ाइल के लिए एक स्थान चुनने की अनुमति देगा।

एक बार जब फ़ाइल 3D प्रिंटर के सॉफ़्टवेयर में आयात करने के लिए तैयार हो जाए, तो प्रिंट विकल्पों को अपनी पसंद के अनुसार कॉन्फ़िगर करें या हमारे कॉन्फ़िगरेशन का पालन करें। 3D प्रिंटर सॉफ़्टवेयर एक ब्रांड से दूसरे ब्रांड में भिन्न होता है इसलिए उनके सॉफ़्टवेयर को नेविगेट करने के लिए ऑनलाइन गाइड या मैनुअल देखें। हमारे हाथ के लिए, हमने अपनी कक्षा सेटिंग में इसकी उपलब्धता के कारण लुल्ज़बॉट मिनी का उपयोग किया।

चरण 3: विधानसभा

एक बार जब सभी भागों को राफ्ट के साथ सफलतापूर्वक 3 डी प्रिंट किया जाता है और हटाए गए समर्थन (यदि लागू हो) होते हैं, तो प्रत्येक भाग को असेंबली शुरू करने के लिए तैयार किया जाना चाहिए।

चूंकि 3D प्रिंटर बहुत सटीक नहीं होते हैं और छोटी खामियां हो सकती हैं, कुछ चेहरों को चिकना करने के लिए सैंडिंग अटैचमेंट वाली फ़ाइल या सैंडपेपर या डरमेल का उपयोग करें। सबसे आसान संयुक्त ऑपरेशन के लिए, इष्टतम कनेक्शन के लिए जोड़ों और चौराहे के बिंदुओं पर ध्यान केंद्रित करें। कभी-कभी उंगलियों के खंडों और अन्य भागों में स्ट्रिंग सुरंगें अंदर या अपूर्ण हो सकती हैं। बड़ी विसंगतियों से निपटने के लिए, सुरंगों को ड्रिल करने के लिए 3/16 इंच की ड्रिल बिट के साथ एक ड्रिल का उपयोग करें।

सबसे आसान स्ट्रिंग रूटिंग के लिए, प्रत्येक उंगली को इकट्ठा करें, सुरंगों के माध्यम से स्ट्रिंग को रूट करें, और स्ट्रिंग को सिरों पर बांधें। प्रत्येक उंगली को हथेली में मिलाने से पहले, स्ट्रिंग को गाइड लूप्स के माध्यम से, एक शीर्ष छेद के माध्यम से और एक नीचे के माध्यम से हथेली पर चलाएं और इसे सर्वो के शामिल स्पूल के विपरीत सिरों से जोड़ दें। लंबाई सही होने पर उंगलियों को हथेली से जोड़ लें।

जैसा कि ऊपर चित्र में दिखाया गया है, उंगली को एक साथ पकड़ने के लिए प्रत्येक जोड़ में m4x16 स्क्रू डालें। पिंकी के लिए पिंकी सेगमेंट का उपयोग करके, सभी उंगलियों के लिए प्रत्येक फिंगर बिल्डिंग प्रक्रिया को दोहराएं।

चरण 4: Arduino सर्किटरी

कंकाल के सभी इकट्ठे होने के साथ, अब मांसपेशियों और मस्तिष्क को एकीकृत करना होगा। सभी सर्वो को एक साथ चलाने के लिए, हमें Adafruit के PCA 9685 मोटर नियंत्रक का उपयोग करना चाहिए। इस नियंत्रक को सर्वो को बिजली देने के लिए बाहरी बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता होती है। इस नियंत्रक का उपयोग करना और इसकी मालिकाना कोडिंग लाइब्रेरी यहां पाई जा सकती है।

Arduino को कंट्रोलर से वायर करते समय, सुनिश्चित करें कि आप पिन आउटपुट रिकॉर्ड करते हैं। यदि Arduino मेगा का उपयोग कर रहे हैं, तो यह आवश्यक नहीं होगा। हालांकि, सभी मामलों में, सुनिश्चित करें कि आप रिकॉर्ड करते हैं कि मोटर नियंत्रक पर कौन से पोर्ट सर्वो पर लगे हैं।

IR रिमोट का उपयोग करके सर्वो और हाथ को नियंत्रित करने के लिए, बस IR रिसीवर जोड़ें और डिजिटल पोर्ट के लिए डेटा वायर के साथ Arduino को पावर और ग्राउंड कनेक्ट करें। सही वायरिंग सुनिश्चित करने के लिए अपने IR रिसीवर के पिनआउट की जाँच करें। हमारे सर्किट का एक उदाहरण दिखाया गया है।

इस सर्किट को बनाने के लिए, पहले प्रत्येक सर्वो को सर्वो मोटर कंट्रोलर बोर्ड पर पोर्ट 3, 7, 11, 13 और 15 से कनेक्ट करें। ब्रेडबोर्ड के नीचे पांच पिन के साथ पूरे बोर्ड को संलग्न करें।

जम्पर केबल्स का उपयोग करके, Arduino की 5V पावर और ग्राउंड को ब्रेडबोर्ड की एक पावर रेल से कनेक्ट करें (सुनिश्चित करें कि आप लेबल करते हैं या याद रखें कि Arduino से किस तरफ 5V है!)। यह IR सेंसर और मोटर कंट्रोलर को पावर देगा। एक 6V पावर पैक को अन्य पावर रेल से कनेक्ट करें। यह सर्वो को शक्ति देगा।

IR सेंसर के सभी 3 पिन को ब्रेडबोर्ड में रखें। पावर और ग्राउंड को 5V रेल और आउटपुट को डिजिटल पिन 7 से कनेक्ट करें।

चूंकि हम एक Arduino मेगा का उपयोग कर रहे हैं, मोटर नियंत्रक पर पोर्ट एसडीए और एससीएल को Arduino पर एसडीए और एससीएल पोर्ट के साथ तार दिया जाएगा। VCC और ग्राउंड पोर्ट 5V रेल से जुड़ेंगे।

अपने स्वयं के पावर रेल से जुड़े बैटरी पैक के साथ, ग्रीन पावर इनपुट हेडर के माध्यम से सर्वो मोटर्स को बिजली सुरक्षित करने के लिए जम्पर केबल्स और एक छोटे से फ्लैट हेड स्क्रूड्राइवर का उपयोग करें।

सुनिश्चित करें कि सभी कनेक्शन तंग हैं और हमारे टिंकरकैड सर्किट के साथ सभी केबल लाइनों को दोबारा जांचें।

चरण 5: कोडिंग

इस हाथ को उपयोग के लिए चालू करने से पहले अंतिम चरण Arduino को कोड करना है। चूंकि यह हाथ पीसीए 9685 मोटर नियंत्रक का उपयोग करता है, इसलिए हमें सबसे पहले पुस्तकालय स्थापित करना होगा, जो कि Arduino कोडिंग पर्यावरण के अंदर किया जा सकता है। इंस्टॉल करने के बाद, IR रिमोट कार्यक्षमता के लिए IRremote लाइब्रेरी भी इंस्टॉल करें।

हमारे कोड में, IR रिमोट पर प्रत्येक बटन की परिभाषा 8 अंकों के कोड के साथ दिखाई जाती है। ये IRRecord प्रोग्राम का उपयोग करते हुए पाए गए, जो सीरियल मॉनिटर को प्रत्येक बटन के 8 अंकों के कोड को प्रिंट करता है।

संलग्न IRRecord कार्यक्रम और अंतिम हाथ नियंत्रण कार्यक्रम दोनों है।

कोड की शुरुआत में, लाइब्रेरी IRremote, Wire, और Adafruit_PWMServoDriver शामिल करें।

इसके बाद, IR रिमोट के प्रत्येक बटन को परिभाषित करने के लिए IRRecord के निष्कर्षों का उपयोग करें। जबकि सभी आवश्यक नहीं हैं (केवल 10 की आवश्यकता है), सभी के पास भविष्य के लिए त्वरित विस्तार (फ़ंक्शन और प्रीसेट जेस्चर जोड़ना) की अनुमति है। सर्वो ड्राइवर फ़ंक्शन का उपयोग करके pwm बनाएं और मोटर नियंत्रक पर पिन को सर्वो असाइन करें। दिखाए गए अनुसार सर्वोमैक्स/मिनट के समान मानों का उपयोग करें। IR सेंसर के डिजिटल इनपुट पिन को 7 के रूप में असाइन करें और इनिशियलाइज़ करें।

9600 की बॉड दर के साथ सीरियल को आरंभ करने के साथ सेटअप फ़ंक्शन की घोषणा करें। आईआर सेंसर को सक्षम करें और सर्वो को 60 हर्ट्ज की सर्वो आवृत्ति के साथ शुरू करें।

अंत में लूप फ़ंक्शन में IR रिमोट के आने वाले ट्रांसमिशन के आधार पर एक if/else स्विच बनाएं। फिर IR रिमोट पर प्रत्येक बटन के मामलों के साथ एक स्विच/केस बनाएं जिसका उपयोग किया जाएगा। इन्हें आपके पसंदीदा नियंत्रणों के लिए बदला जा सकता है। प्रत्येक मामले के लिए, डिबगिंग के लिए सीरियल मॉनिटर पर दबाए गए बटन को प्रिंट करें, और सर्वो को स्थानांतरित करने के लिए लूप के लिए उपयोग करें। सभी मामले बन जाने के बाद, लूप फ़ंक्शन को बंद करने से पहले अधिक आने वाले संकेतों के लिए IR सेंसर को फिर से शुरू करना सुनिश्चित करें। मोटर कंट्रोलर बोर्ड के माध्यम से सर्वो को कोड करना https://learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-driver?view=all पर पाया जा सकता है।