Guante con sensor flexible: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Este es un proyecto divertido que se puede adaptar para controlar cualquier cosa, desde brazos robóticos hasta interfaces de realidad virtual.

Paso 1: materiales y piezas

Para el guante:

• Un guante de jardinería barato
• Arduino Lilypad
• Soporte de celda de batería Lilypad
• Hilo de coser conductor
• Hilo de coser normal
• Velostat
• Cinta adhesiva
• Super pegamento
• Elástico
• Cinco resistencias de 4.7Kohm

Para el brazo:

• Cinco servos SG90
• Cable eléctrico
• Filamento PLA o ABS
• Ninjaflex (u otro filamento flexible)
• Sedal
• Fuente de alimentación 5V
• Placa de pan pequeña (opcional pero útil para cablear los servos en paralelo)

Nota: si no tiene filamento de impresión 3D flexible, es posible utilizar un brazo robótico diferente al Flexy Hand

Paso 2: Hacer los sensores Flex

El material que utilicé, velostat, es un material piezorresistivo. Esto significa que es sensible a la presión y cuando lo presiona, lo dobla o lo deforma, la resistencia cambiará. Es esta propiedad la que utilizaremos para medir cuánto se dobla cada dedo.

Empiece cortando 5 tiras de velostat, aproximadamente 0,7cm x 8cm, las dimensiones exactas son irrelevantes ya que nos interesa una lectura cualitativa de la resistencia y no cuantitativa.

A continuación coloque 2 trozos largos de cinta adhesiva boca arriba sobre una superficie plana y corte dos trozos de hilo conductor de coser, yo diría que por lo menos 40cm de largo, siempre es mejor tener sobrante. Opcionalmente, aplique una pequeña gota de superpegamento en la cinta adhesiva, cerca de la base. Esto no es necesario, pero descubrí que evita que el hilo de coser se salga accidentalmente. Si no tiene hilo de coser conductor, es posible que utilice un cable de cobre delgado para este paso, como el cable que se encuentra en los cables de los auriculares (digo "podría" porque no he probado esta idea).

Coloque los 2 trozos de hilo de coser encima de la cinta adhesiva a lo largo del centro, con la punta del hilo de coser sobresaliendo del extremo de la cinta adhesiva. Es importante llegar a casi toda la longitud de la cinta adhesiva porque si no lo hace, el sensor de flexión solo recopilará lecturas cerca de la base de su dedo y no de la punta.

Coloque el velostat encima de una pieza de hilo de coser de manera que cubra el extremo (no desea que las 2 piezas de hilo de coser se toquen). Luego, levante el otro trozo de cinta adhesiva sobre el lado descubierto del velostat, presionando con fuerza para eliminar las burbujas de aire. En la base del sensor asegúrese de que las 2 piezas de hilo de coser no estén creando un cortocircuito, para evitar esto, haga que salgan de la cinta adhesiva en lados opuestos (similar a una unión en forma de "Y", ver imagen).

Recorta el exceso de cinta adhesiva como desees. Por último, pegue un pequeño trozo de elástico en el extremo del sensor. Repita esto 5 veces ajustando el tamaño de cada sensor para que se ajuste de manera óptima a su dedo.

Paso 3: haz el guante

Daré una descripción general de los pasos que tomé personalmente, pero la forma en que lo haga variará según el caso, dependiendo en gran medida del guante que use.

Un punto clave que no puedo enfatizar lo suficiente es que el hilo de coser conductor NO es como el alambre de pasatiempo normal, no tiene una funda aislante. Además, dado que el guante es flexible y se puede doblar sobre sí mismo, es muy fácil crear un cortocircuito, lo que da como resultado componentes destruidos y grandes agujeros derretidos en el guante.

Si no tiene hilo de coser conductor, es posible utilizar cables normales y soldar sus conexiones.

Comencé conectando el paquete de baterías al guante y conectando 5V y GND al Arduino Lilypad. No coser completamente el Lilypad todavía, ya que tendremos que doblarlo hacia atrás y coser debajo (vea las imágenes de arriba).

También recomendaría revestir la parte inferior de la placa Lilypad con cinta aislante para evitar cortocircuitos.

Luego suelde los extremos de cinco resistencias de 4.7Kohm en pequeños bucles (es posible que deba ajustar el valor de resistencia en función de la longitud y el ancho de las tiras de velostat). Opcional: use pegamento termofusible para unirlos al guante, es más complicado coserlos si inicialmente no se mantienen en su lugar.

Consulte las imágenes de arriba y el diagrama de circuito cuidadosamente antes de continuar, es importante trazar su ruta para el hilo de coser antes de comenzar, de lo contrario se "coserá usted mismo en una esquina".

Personalmente, comencé a coser desde GND en el paquete de baterías a las 5 resistencias y luego desde cada resistencia individual a los pines A0 a A4 pasando por debajo de la placa Lilypad que cubrimos con cinta aislante anteriormente. Después de esto, superpegué el extremo del primer sensor flexible al pulgar con un extremo del hilo de coser a 5 V y el otro extremo a A0. Repita esto para cada dedo, pero en lugar de ir directamente a 5V cada vez (y crear un laberinto de puntadas), simplemente cosa al sensor flexible anterior.

Para asegurarse de que cada uno de los sensores de flexión permanezca bajo tensión cuando mueva los dedos, cose el elástico que adjuntamos al sensor de flexión en el último paso a las puntas de los dedos del guante. Opcionalmente, coser algunos bucles alrededor del sensor de flexión para asegurarse de que permanezcan en su posición mientras mueve la mano.

Por último, suelde 5 cables a los pines digitales del 5 al 9, estos se utilizarán más adelante para indicar a los servos a dónde ir.

Paso 4: construye el brazo

Imprimí en 3D los archivos de arm off puestos a disposición del usuario Gyrobot en Thingiverse. Usted puede encontrarlos aquí.

Si lo desea, también puede imprimir un antebrazo en 3D, pero debido a las restricciones de filamentos, hice un modelo de papel maché de mi propio antebrazo. Usé cinco servos SG90 sostenidos en un marco impreso en 3D, conectados a cada dedo por un hilo de pescar. Conecte todas las conexiones GND y Vin en paralelo a una fuente de alimentación externa, como un transformador de pared de 5 V CA-CC.

Conecte los pines de entrada del servo (generalmente los cables naranjas por convención) a los pines digitales correspondientes en el guante.

Paso 5: cargue el código

A menos que tenga un cable FTDI, deberá programar el Lilypad a través de un Arduino Uno. Los pasos para esto se describen en este instructivo. Asegúrese de tener seleccionado el tipo de placa Arduino correcto; para cambiarlo, vaya a Herramientas / Placa / Lilypad Arduino.

Siguiendo las instrucciones anteriores, cargue primero el código de calibración.

Copie el resultado del código de calibración en la línea 31 de este código y luego cárguelo.

Paso 6: comenta la velocidad en baudios

Tuve un error bastante frustrante con la velocidad en baudios (que es la velocidad a la que se comunican los datos a través del puerto serie) siendo un factor de dos más grande de lo que programé. Vea mi video de YouTube alrededor de las 2:54 para una demostración del problema. Desafortunadamente, esto me impidió seguir mi plan inicial, que era usar bluetooth y comunicarme de forma inalámbrica entre el guante y la mano robótica.

No pude resolver el problema de la velocidad en baudios, pero mi mejor suposición es que hay una falta de coincidencia entre el hardware del software que piensa que el oscilador en la placa es de 8 MHz o 16 MHz. Esto puede deberse a que compré una placa de clonación barata y no el producto oficial. Si usa el producto real, es posible que no tenga este problema. No obstante, esto es puramente mi propia especulación y si alguien conoce la verdadera razón, hágamelo saber en los comentarios a continuación.

Como soluciones temporales, encontré 2 formas de evitar esto:

• Duplique la velocidad en baudios usando el botón en la parte inferior izquierda del monitor serial. Por ejemplo, si el código dice Serial.begin (9600); cambie la salida del monitor en serie a 19200.
• En lugar de elegir Arduino Lilypad como placa, elija Arduino Pro mientras aborda. Para hacer esto en el IDE de Arduino, vaya: Tools / Board / Arduino Pro o Pro Mini, luego cargue.

Paso 7: finalización

Espero que haya encontrado esta información instructiva, si tiene alguna pregunta o sugerencia, déjela en el comentario a continuación.

Tercer premio en el concurso Make It Move 2017