Luva com sensor flexível: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este é um projeto divertido que pode ser adaptado para controlar qualquer coisa, desde braços robóticos a interfaces de realidade virtual.

Etapa 1: Materiais e peças

Para a luva:

• Uma luva de jardinagem barata
• Arduino Lilypad
• Suporte para bateria Lilypad
• Linha de costura condutiva
• Linha de costura normal
• Velostat
• Fita adesiva
• Super cola
• Elástico
• Cinco resistores de 4,7 Kohm

Para o braço:

• Cinco servos SG90
• Fio elétrico
• Filamento PLA ou ABS
• Ninjaflex (ou outro filamento flexível)
• Linha de pesca
• Fonte de alimentação 5V
• Placa de pão pequena (opcional, mas útil para conectar os servos em paralelo)

Nota: se você não tiver filamento de impressão 3D flexível, é possível usar um braço robótico diferente para a mão Flexy

Etapa 2: Fazendo os sensores Flex

O material que usei, velostat, é um material piezoresistivo. Isso significa que é sensível à pressão e quando você pressiona, dobra ou deforma, a resistência muda. É esta propriedade que utilizaremos para medir o quanto cada dedo se curva.

Comece cortando 5 tiras de velostat, aproximadamente 0,7cm x 8cm, as dimensões exatas são irrelevantes, pois estamos interessados em uma leitura qualitativa da resistência e não quantitativa.

Em seguida, coloque 2 pedaços longos de fita adesiva voltados para cima em uma superfície plana e corte dois pedaços de linha de costura condutora, eu diria pelo menos 40cm de comprimento, é sempre melhor ter excesso. Opcionalmente, aplique uma pequena gota de super cola na fita adesiva, perto da base. Isso não é obrigatório, mas descobri que evita que a linha de costura seja acidentalmente puxada para fora. Se você não tiver linha de costura condutiva, pode ser possível usar um fio de cobre fino para esta etapa, como o fio que você encontra nos cabos dos fones de ouvido (digo "pode", pois não testei essa ideia).

Coloque os 2 pedaços de linha de costura no topo da fita adesiva ao longo do centro, com a ponta da linha de costura saindo da ponta da fita adesiva. É importante ir até quase todo o comprimento da fita adesiva, porque se você não fizer isso, o sensor flexível coletará leituras apenas perto da base do seu dedo e não da ponta.

Coloque o velostat em cima de um pedaço de linha de costura de forma que cubra a ponta dele (você não quer que os 2 pedaços de linha de costura se toquem). Em seguida, levante o outro pedaço de fita adesiva sobre o lado descoberto do velostat, pressionando com força para remover as bolhas de ar. Na base do sensor certifique-se de que as 2 peças de linha de costura não estejam criando um curto-circuito, para evitar que elas saiam da fita adesiva em lados opostos (semelhante a uma junção em forma de "Y", veja a imagem).

Corte o excesso de fita adesiva conforme desejado. Por último, super cole um pequeno pedaço de elástico na extremidade do sensor. Repita 5 vezes, ajustando o tamanho de cada sensor para se adequar perfeitamente ao seu dedo.

Etapa 3: faça a luva

Apresentarei uma visão geral das etapas que tomei pessoalmente, mas a maneira como você faz isso varia de caso para caso, dependendo muito da luva que você usa.

Um ponto-chave que não posso enfatizar o suficiente é que a linha de costura condutiva NÃO é como o fio normal de hobby, não há bainha isolante. Além disso, como a luva é flexível e pode dobrar sobre si mesma, é muito fácil criar um curto-circuito, resultando em componentes destruídos e grandes buracos derretidos em sua luva.

Se você não tiver linha de costura condutora, é possível usar fios normais e soldar suas conexões.

Comecei conectando a bateria à luva e conectando 5V e GND ao Arduino Lilypad. Não costure totalmente o Lilypad ainda, pois precisaremos dobrá-lo para trás e costurar por baixo (veja as fotos acima).

Eu também recomendaria forrar a parte inferior da placa Lilypad com fita isolante para evitar curto-circuitos.

Em seguida, solde as pontas de cinco resistores de 4,7 Kohm em pequenos loops (pode ser necessário ajustar o valor da resistência com base no comprimento e largura das tiras de velostat). Opcional: use cola quente para fixá-los na luva, é mais complicado costurá-los se não forem mantidos inicialmente na posição.

Consulte as imagens acima e o diagrama do circuito com cuidado antes de continuar, é importante mapear sua rota para a linha de costura antes de começar, caso contrário, você "se prenderá em um canto".

Pessoalmente, comecei a costurar do GND na bateria para os 5 resistores e, em seguida, de cada resistor individual para os pinos A0 a A4 passando por baixo da placa Lilypad que cobrimos com fita isolante anteriormente. Em seguida, colei a ponta do primeiro sensor flexível no polegar com uma ponta da linha de costura indo para 5V e a outra ponta indo para A0. Repita isso para cada dedo, mas em vez de ir diretamente para 5 V cada vez (e criar um labirinto de pontos), apenas costure no sensor flexível anterior.

Para garantir que cada um dos sensores flex permaneça sob tensão quando você move os dedos, costure o elástico que prendemos ao sensor flexível na última etapa nas pontas dos dedos na luva. Opcionalmente, costure alguns laços ao redor do sensor flexível para garantir que eles fiquem na posição enquanto você move sua mão.

Por fim, solde 5 fios nos pinos digitais 5 a 9, que serão usados posteriormente para informar aos servos aonde ir.

Etapa 4: construir o braço

I 3D imprimi os arquivos arm off disponibilizados pelo usuário Gyrobot no Thingiverse. Você pode encontra-los aqui.

Se quiser, você também pode imprimir um antebraço em 3D, mas, devido às restrições de filamento, fiz um modelo de papel machê do meu próprio antebraço. Usei cinco servos SG90 presos em uma moldura impressa em 3D, conectados a cada dedo por uma linha de pesca. Conecte todas as conexões GND e Vin em paralelo a uma fonte de alimentação externa, como um transformador de parede 5 V AC-DC.

Conecte os pinos de entrada do servo (geralmente os fios laranja por convenção) aos pinos digitais correspondentes na luva.

Etapa 5: faça upload do código

A menos que você tenha um cabo FTDI, você precisará programar o Lilypad por meio de um Arduino Uno. As etapas para isso são descritas neste instrutível. Certifique-se de ter selecionado o tipo de placa Arduino correto, para alterá-lo vá para Tools / Board / Lilypad Arduino.

Seguindo as instruções acima, carregue primeiro o código de calibração.

Copie a saída do código de calibração na linha 31 deste código e carregue-o.

Etapa 6: comentário sobre a taxa de transmissão

Eu tive um bug um tanto frustrante com a taxa de transmissão (que é a velocidade com que os dados são comunicados pela porta serial) sendo um fator de dois maior do que o que eu programei. Veja meu vídeo no youtube por volta das 2:54 para uma demonstração do problema. Infelizmente, isso me impediu de seguir meu plano inicial que era usar bluetooth e comunicar-se sem fio entre a luva e a mão robótica.

Não consegui resolver o problema da taxa de transmissão, mas meu melhor palpite é que há uma incompatibilidade entre o hardware do software pensando que o oscilador na placa é 8mHz ou 16mHz. Isso pode ser porque eu comprei uma placa clone barata e não o produto oficial. Se você usar o produto real, pode não ter esse problema. No entanto, isso é puramente apenas minha própria especulação e se alguém souber o verdadeiro motivo, por favor, deixe-me saber nos comentários abaixo.

Como soluções temporárias, encontrei 2 maneiras de contornar isso:

• Duplique a taxa de transmissão usando o botão na parte inferior esquerda do monitor serial. Por exemplo, se o código diz Serial.begin (9600); mude a saída do monitor serial para 19200.
• Em vez de escolher o Arduino Lilypad como placa, escolha o Arduino Pro como placa. Para fazer isso no IDE do Arduino, vá: Tools / Board / Arduino Pro ou Pro Mini e faça o upload.

Etapa 7: Conclusão

Espero que tenha achado este instrutivo informativo, se você tiver alguma dúvida ou sugestão, por favor, deixe no comentário abaixo.

Terceiro prêmio no concurso Make It Move 2017