Роботизированная рука своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 06.09.2024

Конечная цель проекта — построить полностью человекоподобного робота.

Проект Automaton Robotics из Польши представил роботизированную руку, которая совмещает в себе искусственные аналоги частей настоящей человеческой руки от кисти до локтя: кости, мышцы, сухожилия и полупрозрачное покрытие, имитирующее кожу. Об этом инженеры проекта сообщают на своём ютуб-канале.

Устройство использует набор гидравлических мышц, каждая из которых состоит из эластичной непроницаемой трубки с нерастягиваемой плетёной оболочкой. Когда насос закачивает воду в трубку — оболочка не даёт ей растянуться в длину, так что трубке остаётся только раздуваться вширь. При этом её длина сокращается и тянет на себя сухожилие, заставляя палец кисти сгибаться — по такому же принципу работает настоящая мышца.

Воду в мышцы подаёт насос, причём подача воды в каждую мышцу регулируется отдельно электрогидравлическим клапаном. Килограммовая роботизированная конечность способна двигать каждым пальцем по отдельности, сжимать и разжимать кисть, поднимать и удерживать гантель массой в семь килограммов. В пиковой нагрузке насос потребляет 200 ватт энергии — примерно на уровне среднего неигрового компьютера.

Участники проекта хотят сделать полноценного робота, строение которого в целом будет следовать строению человеческого тела. Однако для этого им, скорее всего, придётся избавиться от гидравлического насоса, который занимает слишком много места. Альтернативным решением могут стать искусственные мышцы из полимеров, которые меняют форму под действием тока, материалов с памятью формы, или даже из плетёных лесок и ниток — их эффективность в десятки раз выше, чем у настоящих мышечных волокон такого же размера.

Комментарий удален по просьбе пользователя

Вот этими самыми руками и отнимут.

А ручки-то вот они!

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ну попробовать можно, но я ничего не гарантирую

Комментарий удален по просьбе пользователя

- Робот сочинит симфонию? Робот превратит кусок холста в шедевр искусства?
- А Вы?
- (Сцуко!)

У человечества есть, чем ответить на этот вызов.

Комментарий удален по просьбе пользователя

Да знаю я, для чего вам эта рука. Для дрочки неистовой, кожаные шалунишки

Комментарий удален по просьбе пользователя

Великие умы мыслят одинаково. О дрочке.

Не лучший вариант

Пан робот! Держите себя в руках!

Так надо было сначала робопенис создать а потом роборуку, чтобы было что передёргивать.

Рука от французских коллег чутка совершеннее

Она какая-то неуправляемая?

в этом весь кайф

Зашёл сюда за этим комментарием

Это твоё будущее, внучёк

I Never Asked for This

Комментарий удален по просьбе пользователя

Может ли робот заменить бариста

Снятся ли андроидам электробабочки на капучино

Отсоси у тракториста

Человек не совершенен. Улучшай, а не воссоздавай. Превзойди Бога, а не повторяй за инженерным бездарем.

Вряд ли такой робот сможет проработать 90 лет. Всякие механические соединения со временем слабеют, стираются, расшатываются и т.д. Чудо человеческого организма повторить ближайшие десятилетия вряд ли получится.

Можно подумать человеческий организм работает 90 лет, суставы уже после 30 начинают сыпаться, а у каких-нибудь тяжелоатлетов или работяг - то вообще забей

Если тратить на обслуживание хотя бы процент от того времени, что человек тратит на поддержание жизни (сон, еда и т.д.) этот механизм проработает намного дольше чем 90 лет.

Взял, да заменил по износу. В отличие от человеческой руки

Честно говоря ничего прорывного или нового

Прорывность в том, что уже даже небольшие лаборатории такие штуковины делают. Значит скоро станут такого рода вещи массовыми.

На Ютубе диайвайщики такое делают

Так и до мира дикого запада недалеко.

Там первые версии андроидов были с похожими движениями как на видео

Вы раскрыли нашу тайну.
А теперь погрузитесь в глубокий сон без сновидений.
Анализ .

Охуеть, как сложно выглядящая штуковина. Мышцы предплечья и кисти самые ебанутые, их там просто огромное количество.

Да, там только на поверхности около 11 мышц, а ещё внутри много, плюс нервные волокна, вены, артерии и т.д. До человека роботам ещё далеко, но зато им не надо спать по 8 часов.

Обьясните мне почему каждый год появляются истории про роботов.
но никто их так и не сделал.

Так они давно среди нас обучаются, а ты и не заметил. Плакаты с простыми инструкциями для них видел: уступите место, держитесь правее, мойте руки?

Хороший рывок в области

Detroit:becom human уже здесь.

это когда то должно было случиться

Комментарий удален по просьбе пользователя

Здравствуйте. Тиричически учоные маладци ну мне кажится не строго они наченают лезут в голову пресоеденяют туда всё а если просто саединить искусственные связки с живыми можно я думаю да а кость можно заменить потомучто кость у человека посути влеяит тока чтоб наш арганизм поддерживать чтоб не сложился и всё просто в жизни я ламал руку сразу в двух местах где кисть и всеравно сжал руку в кулак врачи когда забрали изначально не поверили что я вобше её сламал а когда снимок сделали увидили что в двух местах вся кисть оторвона держится тока на коже и связка и всеравно работает. То Тиричически этот механизм который создаётся от головы электроника посути не нужна можно я думаю упрастить задачу.

Идея этого проекта появилась и увлекла меня во время отпуска.

Мысль была примерно следующая: "Было бы классно иметь робо-руку, которая управлялась бы моей собственной!". И через некоторое время я принялся за разработку и реализацию этого проекта. Надеюсь, вам будет интересно!

Основные узлы проекта - перчатка и сама робо-рука. В качестве контроллера использовался Arduino. Движение робо-руки обеспечивается сервомоторами. На перчатке установлены датчики изгиба: переменные резисторы, которые меняют свое сопротивление пи изгибе. Они подключены к одной стороне делителя напряжения и постоянным резисторам. Arduino считывает изменение напряжения при изгибе датчиков и передает сигнал серводвигателям, которые пропорционально поворачиваются. Видео рабочего проекта приведено ниже.

Конструкция руки взята из open-source проекта InMoov. На странице проекта можно загрузить 3-D модели всех узлов и напечатать их на 3-D принтере.

Ниже приведены все шаги для реализации вашей собственной робо-руки с управлением от перчатки.

Необходимые материалы

Для проекта вам понадобятся:

. все! Вы можете начинать ваш проект робо-руки!

Печатаем руку

Рука является частью open-source проекта под названием InMoov. Это робот, который печатается на 3-D принтере. Рука - это лишь отдельный узел общей конструкции. Скачайте с этой страницы и напечатайте следующие детали:

На всякий случай прилагаю кликабельный список деталей, потому-что некоторые из них удалены со страницы основного проекта.

RobRingV3.stl (в этой детали пришлось сделать дополнительные отверстия, чтобы подошли мои сервы)

(Это две детали "обшивки" - они не обязательны с точки зрения жесткости конструкции и ее функционирования)

В общей сложности понадобилось около 13-15 часов для печати. Зависит от качества печати. Я использовал MakerBot Replicator 2X. Рекомендую печатать детали пальцев на стандартном или высоком разрешении, чтобы избежать нежелательного трения в конструкции.

Подключаем датчики изгиба к Arduino

Для подключения датчиков изгиба к Arduino нам в схему надо включить делитель напряжения. Датчики изгиба по сути являются переменным резистором. При использовании в паре с постоянным резистором, можно отслеживать разницу в напряжении двух резисторов. Отследить разницу можно с помощью аналоговых контактов Arduino. Схема подключения приведена ниже (красный коннектор - это напряжение, черный - земля, голубой - коннектор самого сигнала, который подключается к аналоговому входу Arduino).

Резисторы на фото имеют номинал 22 кОм. Цвета проводов соответствуют цветам, приведенным на схеме подключения.

Все контакты GND от датчиков соединены в общую Землю. Земля идет к пину GND на Arduino. +5V на Arduino подключается к общему контакту питания от всех датчиков. Каждый голубой коннектор сигнала подключается к отдельному аналоговому входу на микроконтроллере.

Я собрал схему на небольшой монтажной плате. Размеры платы желательно выбрать поменьше, чтобы в дальнейшем закрепить на перчатку. Закрепить на перчатке нашу собранную схему можно с помощью элементарной нити и иголки. Кроме того, не поленитесь и сразу же используйте изоленту на оголенных контактах.

Устанавливаем сенсоры на перчатке

Можем приступать к установке датчиков и нашей монтажной платы на саму перчатку. Сначала просверлите небольшое отверстие в пластике датчиков. Отверстия сверлятся в местах, где чувствительный элемент закончился. ВАЖНО! Ни в коем случае не сверлите отверстие в чувствительном материале. После этого оденьте перчатку. Сделайте отметки карандашом или ручкой на вершине каждого сустава. Эти места вы будете использовать для крепежа сенсоров. Датчики изгиба крепятся обычной ниткой. Пришейте сенсоры к перчатке. Используйте отверстие, которые вы сделали на концах датчика. В местах, где отмечены суставы сенсоры "прихватываются" нитью поверх. Более детально все это показано на фото ниже. Монтажная плата пришивается к перчатке аналогично сенсорам. Учтите, что для движения пальцев надо оставить определенный запас длины проводников. Это надо учесть при установке нашей монтажной платы и выборе длины коннекторов от нее к датчикам.

Собираем робо-руку

Я не буду детально останавливаться на этом шаге. Он очень подробно раскрыт на веб-сайте InMoov (в разделе "Assembly Sketches" и "Assembly Help"):

Когда соберете руку, убедитесь, что узлы установлены правильно с точки зрения ориентации в пространстве. Не забудьте рассверлить отверстия в пальцах робо-руки под крепеж 3 мм, чтобы уменьшить трение между сочленениями. С наружной стороны я залил болты клеем.

Не спешите устанавливать леску. Сначала проверьте работоспособность серводвигателей.

Проверка сервомоторов

На этом этапе сервы уже должны быть установлены в задней части вашей робо-руки. Для подключения серв к Arduino и источнику питания, я использовал небольшую макетную плату. Подключите каждый позитивный контакт серводвигателя (красный) к одной рельсе макетной платы, а негативный (черный или коричневый) - к другой рельсе.

ВАЖНО! Не забудьте подключить контакт Arduino к рельсе с отрицательным зарядом: помните, что все контакты Земля должны быть соединены между собой. Контакт VCC может подключаться к различным источникам питания, но GND должен быть одинаковым.

Загрузите программу на Arduino (файл с программой прилагается). Убедитесь, что подключение сенсоров, сервомоторов и т.п. Было правильным. Наденьте перчатку и включите Arduino. Серводвигатели должны вращаться в зависимости от того, каким пальцем вы будете двигать. Если сервы двигаются, значит все работает!

Если вы более искушенный пользователь Arduino и знаете как проверить текущие значения с датчиков изгиба, можете настроить диапазон в программе под ваши реалии. Предполагаю, что все сенсоры изгиба примерно одинаковые, но если это не так, калибровка датчиков вам однозначно поможет.

Если сервомоторы отрабатывают неправильно, убедитесь, что вы их правильно подключили (например, когда я работал над этим проектом, я, как обычно, забыл соединить пин GND Arduino с GND источника питания и всех серв. В этом случае работать ничего не будет). Убедитесь, что все отрабатывает перед тем, как двигаться дальше.

Добавляем леску

Добавить леску - это, наверное, самая сложная и ответсвенная часть проекта робо-руки. На сайте InMoov есть инструкция на этот счет. Концепция простая, но реализовать ее практически не так то просто. Обратите внимание, что эта часть проекта требует сосредоточения и терпения. Единственное отличие моего варианта от конструкции на InMoov - использование клея. Благодаря этому мы можем получить возможность более губкой настройки при калибровке серв. Для этого достаточно расплавить клей и подтянуть нужные нам болты. Хотя, конечно же, надежность конструкции падает. В конце-концов, после окончательной настройки и калибровки, мы в любой момент можем использовать другой вариант фиксации.

Для калибровки сервомоторов, проверните роторы так, чтобы пальцы робо-руки лежали на столе. Подключите ваш Arduino и источник питания. Выставьте качалки приводов таким образом, чтобы в полностью "лежащем" состоянии руки натяжение было максимальным.

Объяснить процесс калибровки достаточно сложно. Кроме того, инструкция с InMoov мне, например, не подошла. То есть, при крепеже вам надо проявить фантазию и подстроиться под ваши реалии - как то: тип качалок, тип лески или ниток, погрешности конструкции и сборки, расстояние установки сервомоторов относительно суставов робо-руки.

К счастью - это последний этап проекта!

Послесловие

Несмотря на то, что существуют гораздо более сложные и точные (и дорогие в том числе) конструкции, приведенный проект очень интересен и имеет отличный потенциал для практического применения. Подобные конструкции не стоит использовать при непосредственном контакте с человеком, ввиду недостаточной точности самого концепта. Но промышленности, медицине и т.п. для задач без повышенных требований к точности перемещений суставов, наша робо-рука вполне подойдет. Ну а с точки зрения дальнейшего "апгрейда" руки - тут поле вообще непаханое. Начиная от беспроводного управления, заканчивая заменой приводов, габаритов, разработки дополнительных степеней свободы.

Именно за это я люблю Arduino: вы можете очень быстро и за небольшие деньги собрать макет или прототип устройства, которое не только просто программируется, но и может выполнять реальные интересные задачи.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!

Существует два основных подхода к вопросу о создании роботизированной руки. Можно создать роботизированную руку с простыми прямолинейными движениями, имеющую два или три пальца для захвата большинства предметов. Или достаточно сложную, со всеми пятью пальцами, предназначенную для полной имитации человеческих рук, прошедших миллионы лет эволюции. Такой вид руки уже удалось разработать, однако строение руки имеет ряд существенных недостатков. Из-за сложного строения настоящей человеческой руки, биометрические антропоморфные руки неизбежно сопряжены с большим количеством проблем: нужно заставить их работать определенным образом и сохранить форму человеческой руки. Традиционный подход к проектированию антропоморфной робототехнической руки предполагает механизацию биологических частей с использованием шарниров, тяг, подвесов для значительного упрощения. Этот подход, несомненно, полезен для понимания и аппроксимации кинематики человеческой руки в целом, но неизбежно вносит диссонанс между роботизированной и человеческой рукой, так как большинство важных биомеханических особенностей человеческой руки не принимаются во внимание в процессе механизации. Присущее несоответствие между механизмами роботизированной руки и биомеханикой руки человека, по сути, мешает нам использовать естественные движения руки, чтобы управлять напрямую. Таким образом, в настоящее время нет ни одной антропоморфной роботизированной руки, которую можно в полной мере сравнить с человеческой.

Так называемые "подприводные" (underactuated) руки - это альтернативный подход к роботизированной манипуляции предметами. Их так называют потому, что в них используется меньше двигателей, чем суставов. Они используют пружины или другие механические связи, чтобы соединить твердые детали (такие как фаланги пальца) и "соединить" в единое целое их движения. Тщательная конструкция этих связей может позволить руке автоматически приспосабливаться к различным формам. Это означает, что пальцы могут, например, "обернуться" вокруг предмета без необходимости активного тактильного контроля.

Перед тем, как начать делать своего робота, я озадачился вопросом: а какого именно робота я хочу сделать? Я начал анализировать типы роботов: робота-андройда я не мог создать по нескольким причинам: у этого робота много подвижных деталей, сложно сделать каркас и трудно повторить внешний вид человека. Так же андроид сложен в управлении и потребляет много энергии.
Медицинский робот сложен в создании и очень чувствителен в управлении, тем более, самодельный робот вряд ли сможет кому-нибудь помочь, а может даже наоборот.
Бытового робота я не стал создавать по простой причине: а что он будет делать? Смысл его создания? Для того, чтобы бытовой робот был полезен, ему нужно множество опциональных деталей, которых я не имею.
Боевого робота и робота для обеспечения безопасности я не стал создавать из-за сложности создания, без надобности, опасности и отсутствием опциональных деталей.

Идеальным вариантом стал промышленный робот: легок в управлении, легко создать каркас и подобрать опциональные детали, но промышленные роботы обычно крупногабаритные, поэтому я решил сделать уменьшенную копию промышленной роборуки.

Подходящим материалом для создания роборуки в домашних условиях является обычный картон от коробки игрушки. Плюсы картона: легкость, возможность построить практически любую фигуру и детали. Минусы: картон легко гнётся. Далее необходимо определиться с источниками движения.

1.2. Исследование механизмов движения роботизированной руки.

Перемещение звеньев роботизированной руки обеспечивают так называемые приводы - аналоги мускулов в руке человека. Приводы являются источниками механической энергии, нужной для движения. Если источником механической энергии служит электродвигатель, то привод называют электрическим, если таким источником является гидро- или пневмоцилиндр, то привод называют гидравлическим или пневматическим.

В электропривод, кроме электродвигателя, входят еще редуктор, который снижает число оборотов электродвигателя и увеличивает усилие, действующее на роборуку, и электронная схема управления, которая регулирует скорость вращения электродвигателя. Этот способ приведения в действие манипулятора обладает рядом достоинств: не загрязняет окружающую среду отработанным газом или маслом, относительно малошумен; к тому же современные полупроводниковые схемы управления дешевы и надежны в работе. Все эти качества делают электропривод наиболее перспективным как в настоящем, так и в будущем.

В гидравлическом приводе используется гидроцилиндр. Данный привод сообщает руке робота возвратно-поступательное движение. Принцип его действия следующий. В цилиндр, в котором находится поршень, соединенный с помощью штока с моделью роборуки, поступает под давлением жидкость (отсюда название - гидроцилиндр); она-то и заставляет передвигаться поршень, а вместе с ним руку робота. Направление этого движения определяется тем, в какую часть цилиндра (в пространство над поршнем или под ним) нагнетается в данный момент жидкость.

Гидроцилиндр может сообщать роборуке и вращательное движение. В зависимости от вида соединения гидроцилиндра со звеном руки робота, роборука может производить возвратно-поступательное перемещение штока гидроцилиндра, что вызовет поворот соединенного с ним звена относительно предыдущего в ту или другую сторону.

Гидравлический привод имеет свои преимущества. Прежде всего это сравнительно небольшая масса привода, приходящаяся на единицу его мощности, малая инерционность, высокое быстродействие. Важное свойство гидропривода - возможность получения с его помощью малой скорости движения без редуктора и при сохранении плавности перемещения. Благодаря этим качествам гидропривод получил широкое распространение в мощных промышленных и других роботах.

Пневматический привод аналогичен гидравлическому; в нем роль двигателя выполняет пневмоцилиндр, т. е. цилиндр, в котором поршень перемещается под действием сжатого воздуха. Особенностью пневмопривода является то, что используемое в нем рабочее вещество - воздух - легко сжимается, тогда как в гидроцилиндре жидкость практически несжимаема. Вследствие этого пневмопривод целесообразен лишь для роботов, производящих операции с мелкими и легкими деталями, например, в технологических процессах приборостроения, часовой промышленности и прочее. Другая причина, сдерживающая применение роботов с пневмоприводом в цехах заводов,- шум, которым сопровождается выброс из пневмоцилиндра отработавшего воздуха. Поэтому в помещениях, где работают люди, нужна специальная дорогостоящая акустическая защита.

Основываясь на вышеизложенном, можно сделать следующее заключение. Привод, являясь мускулом роборуки, приводящим ее в движение, во многом определяет, каков снабженный этим приводом робот: насколько он силен (какова его грузоподъемность), ловок (как точно он может выполнить заданное действие), быстр (сколько ему надо на это времени) и другое, т. е. определяет, несомненно, очень важные характеристики робота.

Исходя из поставленной задачи исследования, подходящим механизмом движения для создания роборуки был выбран гидравлический привод. Плюсы картона: легкость в обращении, возможность задать роборуке необходимые направления движения, доступность материала, минимальные финансовые затраты и простота изготовления.

2.1. Выбор материалов и определение карты исследовательской работы.

В соответствии с поставленной целью исследования и проведенным выше анализом видов роборуки и механизмов ее движения, в своей проектной деятельности я буду создавать гидравлическую роборуку, способную производить действия по горизонтали и по вертикали, а также перемещать предметы. Корпус роборуки будет выполнен из картона, а механизм движения из медицинских шприцов и системы от капельницы. Все материалы доступны в домашних условиях и низкозатратны. Управление роборуки будет происходить с помощью регулировки уровня жидкости шприцевыми поршнями, что даст способность обеспечить роборуке подвижность и гибкость.

Список материалов, необходимых для изготовления роборуки:

- картон шириной 5 мм;

- 4 шприца на 10 кубов;
- система от капельницы;

- пластиковые детали от конструктора ЛЕГО;

- использованная пальчиковая батарейка;

- изолента и клей;

- цветная жидкость (вода с пищевыми красителями);

Аналитическая карта исследовательской работы:

1) Разработать технологическую карту изделия, шаблоны деталей;

2) Вырезать детали по шаблонам и подготовить дополнительные расходные материалы;

3) Соединить детали и наладить работу шприцов;

4) Проверить работоспособность прибора.

2.2. Описание процесса создания роборуки.

Для того, чтобы сделать основу из картона, вам понадобятся ножницы, изолента, линейка и клей. Также понадобится вода в качестве гидравлической жидкости. Если ее окрасить пищевыми красителями, то конструкция будет выглядеть ярко. Также в конструкции используются детали из конструктора ЛЕГО для стяжки деталей и зубочистки. Шприцы и система от капельницы обеспечит создание гидравлического механизма. Гидравлическая рука будет работать, как настоящий гидравлический подъемник. Можно будет перенести небольшой груз. Также можно будет двигать роборукой вокруг своей оси. Это качество полезно в использовании.

Один из студентов Norwegian University of Science and Technology (NTNU) предложил гениально идею как сделать механическую руку робота из подручных материалов с минимальным вложением средств. В данной статье Вы ознакомитесь как всё это сделать.

Для создания руки робота используется кусок гофрированной пластиковой трубки, коробка от компакт-диска, бечевка, клей и изолента. Сам манипулятор получается достаточно прочным для того, чтобы удерживать, например, бутылку или сотовый телефон.

Сначала, сделайте шаблон механической руки робота на листе бумаги, используя вашу собственную руку. Разметьте шарниры для каждого "пальца".

Из пластиковой трубки, которую электромонтеры используют для прокладки проводов, сделайте "пальцы". Трубка легко режется обычным канцелярским ножом. Отрезайте трубку на длину равную расстоянию от конца вашего пальца до запястья. Сделайте это для всех "пальцев" роборуки. На получившихся трубках, следует разметить маркером шарниры и затем сделать V-образные вырезы для каждого сгиба.

Вставьте и закрепите нейлоновую бечевку в каждый палец-трубку. Оставьте достаточно длинные концы (вы всегда сможете их обрезать позже).

Используйте старую CD-коробку, чтобы получить кусочек пластмассы. С помощью вырезанного кусочка пластмассы соедините "пальцы": приклейте "пальцы" чуть ниже шарниров-костяшек.

Убедитесь, что вы расположили "пальцы" в правильном порядке.

Теперь можно удалить изоленту, фиксирующую бечевку, и сделать несколько витков изолентой, чтобы покрепче соединить "пальцы".

Большой "палец" приклейте так, как показано на фотографии, и для прочности зафиксируйте изолентой.

Воспользовавшись остатками вашей CD-коробки, сделайте запястье.

Кисть получившейся руки робота лучше укрепить, вставив ее в более жесткую трубку.

К "ладони" и концам "пальцев" можно приклеить поролон.

Рука робота может использоваться в самых различных проектах аниматроники. Для управления рукой можно использовать сервомоторы, соединив концы бечевки с "качалкой", закрепленной на их оси. Достаточно двух сервоприводов, чтобы рука робота "ожила". Один серводвигатель при этом соединяют с большим "пальцем", а другой - с остальными. Чтобы рука выглядела в аниматронных проектах более эффектно, на нее можно надеть мягкую тонкую перчатку.

Читайте также: