基于Arduino的機(jī)器手

制作一個(gè)友好的機(jī)器手

前言

在機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展的今天，機(jī)械手作為機(jī)器人的重要組成部分，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療輔助、服務(wù)機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域。一個(gè)能夠與人類友好互動(dòng)的機(jī)器手不僅可以提升機(jī)器人的實(shí)用性，還能增加其趣味性和親和力。今天，我將分享一個(gè)有趣的項(xiàng)目——制作一個(gè)友好的機(jī)器手，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)揮手致意。這個(gè)項(xiàng)目不僅涉及機(jī)械設(shè)計(jì)和電子控制，還融合了傳感器技術(shù)，是一個(gè)非常有趣的 DIY 項(xiàng)目。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)五指機(jī)械手，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)進(jìn)行“揮手”動(dòng)作。這個(gè)項(xiàng)目的靈感來(lái)源于一個(gè)車庫(kù)創(chuàng)業(yè)公司正在開(kāi)發(fā)的開(kāi)源人形機(jī)器人（身高約 4.5 英尺），預(yù)計(jì)今年夏天發(fā)布。我有幸成為首批體驗(yàn)者之一。這是我第一次嘗試制作一個(gè)五指機(jī)械手，雖然它的尺寸比我預(yù)期的要大一些，而且鋼絲對(duì) 3D 打印塑料的磨損也比較嚴(yán)重，但我認(rèn)為它有很大的潛力。

所需材料

以下是制作這個(gè)友好機(jī)器手所需的材料清單：

• Waveshare ST3215 伺服電機(jī)：6 個(gè)。這些伺服電機(jī)帶有磁性編碼器，比傳統(tǒng)的“有刷反饋”伺服電機(jī)更可靠。
• 串行總線伺服驅(qū)動(dòng)板：用于控制所有伺服電機(jī)。
• Arduino Uno：作為主控制器。
• 12V 2A 直流電源：為整個(gè)系統(tǒng)供電。
• 不銹鋼鋼絲：1/32 英寸，以及配套的壓接端子。
• 人體存在雷達(dá)傳感器：用于檢測(cè)人是否經(jīng)過(guò)。
• 3D 打印部件：包括手指、關(guān)節(jié)、卷軸等。
• 3mm 螺絲：若干，用于固定各個(gè)部件。
• 防滑膠帶：用于增加手指的抓握力。
• 彈簧：用于提供適當(dāng)?shù)膹埩Α?br />
  

制作步驟

第一步：伺服電機(jī)的設(shè)置

每個(gè)串行伺服電機(jī)都需要有自己的地址，并且需要設(shè)置在中心位置。具體的設(shè)置方法可以參考我在 Instructables 上的另一篇教程。我選擇這些伺服電機(jī)的原因是它們帶有磁性編碼器，比傳統(tǒng)的“有刷反饋”伺服電機(jī)更可靠。此外，串行控制減少了布線，因?yàn)橹恍枰粭l控制線就可以控制所有電機(jī)。

第二步：連接卷軸

1. 使用 3 個(gè) M3×16mm 螺絲將卷軸連接到伺服電機(jī)的角上。
2. 使用 1 個(gè) M3×12mm 螺絲連接運(yùn)行手指的鋼絲。
3. 使用設(shè)置手指的 Arduino 程序，將卷軸定位在 9:00 位置，當(dāng)伺服電機(jī)處于 3700 位置時(shí)。
4. 安裝伺服電機(jī)的角螺絲。
   
   
   

第三步：準(zhǔn)備鋼絲

1. 剪兩段 275mm 長(zhǎng)的細(xì)鋼絲。
2. 將下端鋼絲穿過(guò)手指的末端并壓接。
3. 將上端鋼絲穿過(guò)手指的末端并壓接。
4. 將下端鋼絲穿過(guò)中指，上端鋼絲穿過(guò)中指。
   
   
   

第四步：使用設(shè)置夾具

1. 使用一個(gè)特殊的 3D 打印夾具，配備 12mm 和 30mm 螺絲，用于固定手指的設(shè)置。
2. 用 1/8 英寸的鉆頭鉆一個(gè)孔——夾具上沒(méi)有設(shè)計(jì)這個(gè)孔。
3. 安裝指關(guān)節(jié)到設(shè)置夾具上。
4. 使用 M3×20mm 螺絲將手指的末端連接到中指的中間，作為手指的軸承。
5. 將上端鋼絲穿過(guò)指關(guān)節(jié)。
6. 安裝 M3×25mm 螺絲穿過(guò)指關(guān)節(jié)，作為軸承點(diǎn)。
   
   
   

第五步：固定伺服電機(jī)

1. 使用伺服電機(jī)附帶的四個(gè)小螺絲固定伺服電機(jī)和伺服電機(jī)安裝座。
2. 使用 2 個(gè) M3×20mm 螺絲將伺服電機(jī)安裝到測(cè)試夾具的后部。
3. 將擴(kuò)展彈簧（直徑 8.7mm，長(zhǎng) 46.8mm）固定到伺服安裝座的頂部。
4. 使用 M3×12mm 螺絲穿過(guò) 3D 打印的墊圈，固定彈簧。
5. 調(diào)整鋼絲的張力，使手指完全處于向上位置，并壓接鋼絲。
6. 對(duì)于下端鋼絲，將特殊的壓接端子壓在鋼絲上，穿過(guò)下端滑輪，收緊并壓接鋼絲。
7. 移除設(shè)置夾具。
8. 最終組裝：使用 2 個(gè) M3×10mm 螺絲固定在手腕的前面，以及 2 個(gè) M3×30mm 螺絲固定在手腕的后面。
9. 固定手指和伺服電機(jī)。
10. 重復(fù)上述過(guò)程三次。
11. 按照照片所示固定拇指。
    
    
    
    

第六步：安裝防滑膠帶

防滑膠帶雖然價(jià)格昂貴，但對(duì)抓手來(lái)說(shuō)非常有效。你可能會(huì)注意到我在拇指中安裝了壓力傳感器和傳感器線——這似乎不能很好地繞過(guò)半徑，因此感應(yīng)功能將是后續(xù)的項(xiàng)目。

項(xiàng)目總結(jié)

這個(gè)友好的機(jī)器手項(xiàng)目是一個(gè)非常有趣的 DIY 項(xiàng)目，它不僅展示了機(jī)械設(shè)計(jì)和電子控制的基本原理，還融合了傳感器技術(shù)，使機(jī)器手能夠與人類進(jìn)行簡(jiǎn)單的互動(dòng)。雖然在制作過(guò)程中遇到了一些問(wèn)題，比如鋼絲對(duì) 3D 打印塑料的磨損，但這些問(wèn)題都可以通過(guò)進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)來(lái)解決。

在未來(lái)的工作中，我計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化手指的設(shè)計(jì)，使其更加緊湊和耐用。此外，我還將嘗試改進(jìn)感應(yīng)功能，使其能夠更準(zhǔn)確地檢測(cè)人類的存在。我相信，通過(guò)不斷的努力和改進(jìn)，這個(gè)友好的機(jī)器手項(xiàng)目將能夠成為一個(gè)更加實(shí)用和有趣的機(jī)器人應(yīng)用。

希望你喜歡這個(gè)項(xiàng)目，并在構(gòu)建過(guò)程中找到樂(lè)趣！如果你有任何問(wèn)題或需要幫助，歡迎在評(píng)論區(qū)交流。

作者：Svan.

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