Mão robótica controlada por voz: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este instrutível explica como construir uma mão robótica controlada por voz usando um Arduino Uno R3, um módulo Bluetooth HC-06 e cinco motores de passo. [1]

Os comandos de voz Bluetooth são enviados do seu celular Android para o intérprete Arduino Uno R3 que controla a mão.

O MIT AppInventor 2 foi usado para escrever o aplicativo Android que aproveita o poder do Google-Speech-To-Text. [2]

A mão, que é feita de uma extrusão de alumínio de 20 mm x 3 mm e um cabide de arame, foi construída para testar algumas idéias. As técnicas de construção e o código podem ser do interesse de terceiros.

Características incluem:

• Simples de fazer
• Movimentos individuais dos dedos
• Movimentos dos dedos do grupo
• Formas de mão programáveis para várias tarefas
• Leve
• Cada dedo é operado por cabo …
• Funciona debaixo d'água se necessário (sem motores em curto)

Excluindo o seu telefone celular, o custo estimado para construir este projeto é inferior a $ 100

Imagens

A foto 1 mostra a mão mecânica.

A foto 2 mostra a mão presa ao conjunto do motor.

A foto 3 mostra o controlador de voz Bluetooth (telefone celular)

A foto 4 é uma captura de tela que mostra um diálogo típico

O vídeo demonstra a mão em ação controlada por voz

Notas

[1]

Os motores de passo são de projetos anteriores. Servo motores devem funcionar igualmente bem com algumas alterações de código.

[2]

O MIT AppInventor 2 está disponível gratuitamente em

O aplicativo VTT.apk (Voice To Text) e o código VTT.aia para este projeto são apresentados neste instrutível caso você deseje adaptá-lo.

Etapa 1: Lista de peças

As seguintes partes foram obtidas em

• 1 apenas Arduino UNO R3 com cabo USB
• 1 único Prototype PCB Breadboard para Arduino UNO R3
• 1 apenas Módulo Bluetooth HC-06
• 5 apenas motores de passo de 12 volts 17HS3430 Nema17
• 5 apenas placas de driver de motor de passo Big Easy Driver v1.2 A4988
• 5 apenas GT2 20 dentes com diâmetro da polia dentada de alumínio 5 mm de largura 6 mm com parafuso
• 5 apenas GT2 Roldana intermediária de 4 mm com rolamento para correia dentada GT2 Largura 6 mm 20 dentes
• 5 somente GT2 Fechado Loop Correia Sincronizada de Borracha 6mm 160mm
• 1 único pkt 120pcs 10cm macho para macho + macho para fêmea e fêmea para fêmea fio jumper cabo Dupont para kit diy Arduino

As seguintes peças foram obtidas localmente:

• 1 extrusão de alumínio de comprimento 20 mm x 3 mm apenas
• 1 pedaço de sucata de alumínio de apenas 120 mm x 120 mm
• 1 placa de composição de apenas 200 mm x 100 mm x 6 mm (para extensão de mão e pulso)
• 1 placa de composição de apenas 500 mm x 500 mm x 6 mm (para placa de base)
• 1 apenas sucata de comprimento curto (aproximadamente 520 mm) de madeira de 18 mm x 65 mm (para pernas da placa de base)
• 1 cabide de arame (diâmetro aprox. 2,4 mm)
• 1 fio de cortina de comprimento único
• 1 só cortina de olho
• 1 bobina apenas linha de pesca de náilon de 30 lb
• 1 apenas comprimento curto de elástico de chapéu
• 1 somente abraçadeiras pkt
• 1 resistor de 1/8 watt de 1200 ohm
• 1 resistor de apenas 2200 ohm 1/8 watt
• 1 apenas 1N5408 diodo de potência de 3 amperes
• 1 único interruptor SPST (single pole single throw)
• 1 bloco de terminais PCB de apenas 2 pinos
• 15 isolantes de náilon com rosca apenas M3 x 9 mm
• 30 parafusos apenas M3 x 5 mm (para isolantes de náilon)
• 30 parafusos apenas M3 x 10 mm (para dedos e suportes de motor)
• 2 parafusos apenas M4 x 15 mm (para extensão de pulso)
• 5 apenas parafusos M4 x 30mm (para polias intermediárias)
• 17 apenas porcas M4 (para polias intermediárias)
• 12 apenas parafusos de madeira (para pernas da placa de base)

O custo estimado dessas peças é inferior a $ 100

Etapa 2: Diagrama de Circuito

O diagrama do circuito para a mão do robô é mostrado na foto 1

O motor / escudo Bluetooth correspondente é mostrado na foto 2

Os Big Easy Drivers são mostrados na foto 3.

Os controladores de motor Big Easy Driver suportam fiação em cadeia

Fiação do motor

Pode ser necessário inverter os dois fios centrais de cada motor de passo de 12 volts 17HS3430 Nema17, pois as placas do motor de passo Big Easy Driver v1.2 A4988 esperam que os fios de cada um dos enrolamentos da bobina sejam adjacentes.

Para isso, é necessário trocar os dois fios centrais de cada motor (foto 4).

A sequência de cores padrão para os cabos 17HS3430 (para meus motores) é vermelho, azul, verde, preto. A sequência de cores após a modificação é vermelho, verde, azul, preto.

O enrolamento vermelho e verde está conectado aos terminais “A” do Big Easy Driver.

O enrolamento azul e preto está preso aos terminais “B” do Big Easy Driver.

Limites de corrente do Big Easy Driver

O limite de corrente em cada um dos Big Easy Drivers deve ser definido para 400mA (miliamperes).

Para alcançar isto:

1. Desligue a energia [1]
2. Desconecte seu Arduino
3. Desconecte cada cabo do motor
4. Gire cada um dos potenciômetros de limite de corrente nas placas A4988 Big Easy Driver totalmente no sentido horário
5. Aplique 12 volts aos Big Easy Drivers … você deve obter uma leitura de corrente entre 90mA e 100mA. Esta é a corrente sendo desenhada por LEDs.
6. Desligue a alimentação de 12 volts [1]
7. Conecte o motor “Thumb”, aplique energia e ajuste a corrente de alimentação para 490mA
8. Desligue a alimentação de 12 volts [1]
9. Desconecte o motor Thumb.
10. Repita as etapas 6, 7, 8, 9 para cada um dos motores restantes

Conecte todos os cabos do motor em seus respectivos controladores.

A corrente de alimentação total será um pouco mais de 2 amperes quando a energia for aplicada

Observação

[1]

NUNCA conecte ou desconecte um motor de passo com a alimentação aplicada. O “chute” indutivo (pico de tensão) provavelmente danificará os controladores.

Etapa 3: Mão … Conceito

Minha primeira mão de robô, descrita em https://www.instructables.com/id/Robot-Hand-2/, tem muitas peças pequenas e usa fita adesiva para as juntas.

Esta mão alternativa é mais robusta, tem menos peças e é mais fácil de fazer.

As fotos acima mostram o conceito básico … se você remover o parafuso central de um pantógrafo, a “junta” tem um mínimo de 90 graus de rotação [1]

Observação

[1]

Eu pretendia usar o braço do pantógrafo em meu plotter de atuador https://www.instructables.com/id/CNC-Actuator-Plo… mas abandonei a ideia porque havia muitos movimentos indesejados devido ao grande número de juntas.

Etapa 4: Mão … Protótipo

As fotos acima mostram como um “dedo” pode ser criado a partir de um pedaço de extrusão de alumínio e um cabide de arame.

A junta tem uma ação suave e é extremamente resistente.

Porcas e parafusos não são necessários … uma gota de solda em cada extremidade do fio os prende no lugar.

Etapa 5: Mão … Construção

Poucas ferramentas são necessárias para fazer esta mão … apenas uma serra, algumas brocas e uma lima.

Passo 1

• Desenhe o contorno de sua mão no papel. (foto 1)
• Marque sua "linha de articulação" e as principais "articulações dos dedos"
• Ignore as pontas dos dedos … eles normalmente não se dobram tanto … um bisel é suficiente. Se uma ligeira dobra for necessária, ela poderá ser adicionada posteriormente.

Passo 2

• Corte seções de comprimento de dedo da extrusão de alumínio (foto 2)
• Faça quatro furos de diâmetro de cabide … um em cada canto da extrusão de alumínio. (foto 4)
• Faça um furo de diâmetro menor atrás de cada um dos primeiros furos. Eles são usados para o elástico do chapéu e os tendões de náilon. (foto 4)
• Corte pedaços de arame do cabide e dobre cada extremidade em 90 graus
• Cruze os fios ao unir as seções de dedo de alumínio. Os fios são inseridos de lados opostos.
• Prenda os fios aplicando solda em cada extremidade do fio. Não se preocupe com a solda grudando no alumínio … isso não acontece.
• Remova qualquer fluxo de solda das juntas usando terebintina mineral (ou similar) e aplique uma gota de óleo de máquina de costura. Limpe o excesso de óleo com uma toalha de papel.

etapa 3

• Prenda cada dedo à forma de mão de madeira usando suportes de alumínio em forma de “L” feitos de um pedaço de folha de alumínio.
• Lime os batentes de forma que os dedos fiquem retos quando totalmente estendidos. (foto 4)

Passo 4

Anexe o polegar (foto 2). O suporte do polegar parece complicado, mas é simplesmente uma peça em forma de “L” de folha de alumínio cortada em ângulo. A dobra de 90 graus é então cortada e as pontas abertas

Etapa 5

• Amarre um pedaço de elástico de chapéu entre os orifícios superiores restantes (foto 4).
• Ajuste a tensão até que os dedos se estendam.

Etapa 6

• Prenda os tendões de náilon (linha de pesca) aos orifícios dos dedos inferiores.
• Passe cada tendão de náilon por orifícios de 2 mm de diâmetro feitos em um pedaço (curvo) de madeira. Esses orifícios agem como olhos de cortina. (foto 2)

Etapa 7:

Uma cortina é usada para mudar a direção do tendão do polegar de náilon. O olhal da cortina é aparafusado em um isolador de náilon com rosca M3 localizado no outro lado da mão

Etapa 6: Software … Android

A foto 1 mostra a tela “Design” do MIT AppInventor 2 para meu aplicativo VTT (Voice-To-Text).

A foto 2 mostra os “blocos” usados neste aplicativo.

As fotos 3 e 4 são os pequenos gráficos-p.webp

Lendo o código

• Os dois “blocos” superiores à esquerda conectam seu telefone ao Arduino quando você pressiona o botão “Bluetooth”.
• Os dois “blocos” do meio do lado esquerdo enviam seu comando de voz para o arduino quando você pressiona o botão “microfone”. O texto é criado usando Google Speech_To_Text.
• Todos os comandos de voz aparecem como texto acima do ícone “microfone”.
• Os dois “blocos” inferiores do lado esquerdo transferem esse texto para o botão “personalizado”, caso você deseje repetir um comando durante o teste.
• Os dois blocos inferiores direitos enviam as palavras “abrir” e “fechar” para a mão. Achei que seriam úteis durante o teste.
• Os três “blocos” superiores do lado direito controlam o tempo.

VTT.apk

O arquivo VTT.apk anexado é o aplicativo de telefone Android real.

Para instalar VTT.apk:

• Copie VTT.apk para o seu telefone (ou envie por e-mail para você mesmo como um anexo)
• Altere as configurações do telefone para permitir que aplicativos de terceiros sejam instalados
• Baixe um instalador apk em
• Execute o instalador.

VTT.aia

Um método alternativo de instalação do código é:

• criar uma conta MIT AppInventor
• Baixe e instale o MIT AppInventor 2 em
• Baixe e instale o “MIT AI2 Companion” de https://play.google.com/store para o seu telefone.
• Imitar a foto 1 em sua tela “Design”
• Replique os blocos mostrados na foto 2
• Execute “MIT AI2 Companion” em seu telefone
• Clique em “Construir | App (forneça o código QR para.apk)”
• Clique na opção QR no seu telefone quando o código QR aparecer
• Siga as instruções.

Etapa 7: Software Arduino

instruções de instalação

Baixe o arquivo em anexo “VTT_voice_to_text_7.ino”

Copie o conteúdo do arquivo em um novo esboço do Arduino e salve.

Faça upload do esboço para o seu Arduino.

Design Notes

A língua inglesa é extremamente complexa.

Freqüentemente, existem várias maneiras de dizer a mesma coisa. Nos exemplos a seguir, "mão" e dedos "têm o mesmo significado:

• “Abra sua mão” ……………………………………… refere-se à sua mão
• “Abra seus dedos” …………………………………… refere-se à sua mão

Mas as palavras-chave também podem ter significados diferentes:

• “Abra os dedos” ………………………………….. refere-se à sua mão
• “Abra os dedos indicador e médio” ………… refere-se a dedos específicos

Comandos significativos requerem pelo menos duas palavras-chave. Os comandos a seguir não resultam em uma ação manual, pois eles têm apenas uma palavra-chave:

• “Abrir” ……………………………………………………..uma palavra-chave “abrir” [1]
• “Dê-me uma mão” ……………………………………….uma palavra-chave “mão”
• “Dê-me uma chave inglesa” ………………………………… uma palavra-chave “mão”

Para interpretar esses comandos, agrupei palavras-chave com significados semelhantes da seguinte forma:

• Vários dedos: “mão”, “dedos”, “abrir”, “fechar”, “soltar” [1]
• Dedos específicos: "polegar", "indicador", "meio", "anel", "pequeno"
• Abra os dedos: "abrir", "levantar", "estender", "soltar" [1]
• Feche os dedos: "fechar", "abaixar" [1]
• Tarefas: "transportar", "manter", "selecionar", "demonstrar", "calibrar"

Cada grupo de palavras-chave está associado a uma “bandeira”. Para interpretar a fala natural, um sinalizador ou grupo de sinalizadores é acionado sempre que uma palavra-chave é detectada. O intérprete de fala só precisa olhar para as combinações de sinalizadores para descobrir quais ações são necessárias.

Recursão

A recursão ocorre quando um comando chama a si mesmo uma ou mais vezes.

Suponhamos que alguns de seus dedos estejam estendidos e outros fechados. Suponhamos também que você deseja ter o polegar estendido e os dedos fechados, como se estivesse carregando algo.

Método 1

Os dois comandos de voz a seguir conseguirão isso:

• “Abra sua mão”
• “Feche o anel do meio e os dedinhos”

Método 2

Em vez de emitir dois comandos separados, você pode criar uma tarefa “carry ()”:

“Carregue isso para mim”

Este comando ativa a função “carry ()” que então emite:

• processo (“abra sua mão”);
• processo (“feche o anel do meio e os dedos mínimos”)

Esta ação recursiva permite que formas complexas de mão sejam criadas.

Observação

[1]

Por conveniência, programei o intérprete para aceitar “abrir”, fechar e “liberar” como comandos de uma única palavra.

Etapa 8: Resumo

Este instrutível mostra como uma mão de robô pode ser construída a partir de um pedaço curto de extrusão de alumínio e um cabide de arame.

A mão foi construída para testar algumas idéias. Tampões de ouvido são colocados nas pontas dos dedos para melhorar a aderência.

Características incluem:

• Simples de fazer
• Cada dedo é operado por cabo.
• Movimentos individuais dos dedos
• Movimentos dos dedos do grupo
• Formas de mão programáveis para várias tarefas
• Baixo custo
• Leve
• Funciona debaixo de água, se necessário (sem motores em curto)

Cada dedo é operado por cabo. A linha de pesca de nylon é usada para os tendões, cada um dos quais é alimentado através de um pedaço de arame flexível de cortina.

A foto 2 na seção de introdução mostra dois cabos … um com 2 tendões … o outro com três. Tudo bem se o raio de curvatura for grande, caso contrário, os dedos tendem a prender quando os cabos são flexionados. Isso foi superado com o uso de cinco cabos separados no vídeo

Embora a linha de pesca de náilon funcione, ela tende a esticar. O traço de pesca em aço inoxidável seria uma escolha melhor … Tenho um carretel encomendado.

Os atuadores são feitos de motores passo a passo e correias sem fim. Os tendões são presos às correias de transmissão por meio de braçadeiras.

Este projeto deve funcionar igualmente bem com servo motores. Serão necessárias pequenas alterações de código se você optar por usar servos.

Os comandos de voz Bluetooth são enviados para o Arduino a partir de um aplicativo para celular Android.

O código para o aplicativo para celular foi desenvolvido usando o MIT AppInventor 2 e está publicado neste manual.

O intérprete de voz Arduino é extremamente confiável. O código, que está incluído neste instrutível, pode ser útil em outros projetos.

Excluindo o seu telefone celular, o custo estimado para construir este projeto é inferior a US $ 100

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