DIGIT, the robot hand

Transcriptie

1 Design document ITTT DIGIT, the robot hand Abel Németh GI1C

2 Inhoudsopgave Designdocument p.3 Concept p.3 Ontwerpfase p.4 Bouwfase p.5 Coding p.6 Testen en afronding p.7 PMI p.8 Links (Vimeo, Instructable) p.10

3 Concept Ik heb een redelijk groot bureau, en raak helemaal uit mijn workflow als ik op moet staan om iets van de andere kant te pakken. Ik wil iets maken waarmee ik zonder op te staan toch gericht dingen van mijn tafel naar me toe kan halen. Na dit originele idee heb ik een concept bedacht van een hand, aan een elleboog (dus een hand, een polsgewricht en een ellebooggewricht) die ik zou aansturen met sensoren en een accelerometer. Ik zou door mijn hand voorover of achterover te leunen de arm op en neer kunnen laten bewegen, en met mijn vingerbewegingen de hand aan kunnen sturen. Na onderzoek naar materialen en onderdelen kwam ik er achter dat dit project binnen mijn budget niet uit te voeren was. Ook had ik voor dit project maar 4 weken, want in de vakantie zou ik bijna geen tijd hebben om iets te doen. Ik heb toen besloten om het project te downsizen en te kijken of er ruimte was voor verbetering zodra ik klaar was met bouwen. Zo ben ik op het definitieve plan gekomen om de hand te bouwen met drie vingers, maar wel de uitdaging aan te gaan om de hand zelf te bouwen en te ontwerpen in plaats van hem te 3D-printen.

4 Ontwerpfase Na de conceptvorming ben ik aan tafel gaan zitten met een hele hoop Lego. Een paar vroege ontwerpen van vingers lieten me duidelijk zien wat ik nodig zou hebben om te bereiken wat ik wilde. Mijn plan was om een zo natuurlijk mogelijke beweging te creëren. Hier volgen een aantal dingen die ik tegen kwam waar ik rekening mee moest houden: De vinger moet niet kunnen overstrekken, de bovenkant heeft een blokkade nodig die er voor zorgt dat de vinger maar één kant op kan buigen. De vinger moet niet te scherpe hoeken kunnen maken; dan klapt bij dubbel in plaats van dat hij een mooie ronde grijpbeweging maakt. Lego is veelzijdig, maar wordt snel groot en bulky. Gebruik elke montageplaats zo effectief mogelijk om te hand nog agiel te houden. De handschoen heb ik pas later in het project ontworpen, omdat me dat redelijk vanzelfsprekend leek. Dat bleek bij het maken ook zo te zijn, ik heb een goed passende, dunne handschoen genomen die de buiging van mijn vingers goed over zou brengen op de sensoren. Hieronder het eerste prototype(boven) en de uiteindelijke vinger(onder). Bij de onderste vinger heb ik efficiënter gebruik gemaakt van montageruimte, de vinger is wat langer en de buigbeweging was vloeiender en leek bijna menselijk.

5 Bouwfase Toen ik ben gaan bouwen heb ik eerst de twee grote vingers gebouwd en ben ik gaan stoeien met de servo's. Het bouwen van de tweede vinger was simpel; een perfecte kopie van de eerste vinger met als enige verschil dat het koppelpunt voor de servo aan de andere kant zat. Mijn volgende obstakel was het vastzetten van de servo's, maar dan wel zo dat ze ook makkelijk gedemonteerd zouden kunnen worden. Ik heb er uiteindelijk voor gekozen om ze redelijk licht vast te zetten, met het ook een lange arm loodrecht op de draai-as. Zo kan de servo zonder mee te geven stabiel draaien. De 'pezen' van de vingers zijn ook vastgemaakt met het oog op aanpassing. Het visdraad zit vast met behulp van legoplugjes, die je er heel makkelijk ook weer uit kunt halen om een aanpassing te maken of een touwtje te vervangen. Het uiteindelijke bouwen en het solderen en verlengen van de kabels heeft redelijk veel tijd gekost. Ik ben een aantal keer opnieuw begonnen aan het soldeerwerk omdat ik vond dat het netter kon, en uiteindelijk ben ik best blij met het resultaat:

6 Coding Het coderen ging me bijzonder goed af, rekening houdend met dat ik er niet heel erg goed in ben. Na te hebben gekeken naar een aantal andere arduino-robothand codes heb ik het volgende zelf geschreven, daarop gebaseerd: //Include the servo library #include #include <Servo.h> //Define the servos Servo finger1, finger2, finger3; //set the values for your pins int servopin1 = 5; int servopin2 = 7; int servopin3 = 9; int flexpin1 = A0; int flexpin2 = A1; int flexpin3 = A2; void setup() { //Attach servo to pin finger1.attach(servopin1); finger2.attach(servopin2); finger3.attach(servopin3); //set servo to output pinmode(servopin1, OUTPUT); pinmode(servopin2, OUTPUT); pinmode(servopin3, OUTPUT); //set flex to input pinmode(flexpin1, INPUT); pinmode(flexpin2, INPUT); pinmode(flexpin3, INPUT); } void loop() { //Analog input variables int flex1 = analogread(flexpin1); int flex2 = analogread(flexpin2); int flex3 = analogread(flexpin3); //set servo pos to flex-proportional, limit value of servo positions int pos1 = map(flex1, 350, 700, 120, 30); pos1 = constrain(pos1, 1, 180); int pos2 = map(flex2, 350, 700, 120, 30); pos2 = constrain(pos2, 180, 1); int pos3 = map(flex3, 350, 700, 120, 30); pos3 = constrain(pos3, 1, 180); //move servo to position finger1.write(pos1); finger2.write(pos2); finger3.write(pos3); }

7 Testen en afronding Na het assembleren, solderen en bouwen was het tijd om te testen. Ik had natuurlijk al een aantal keer tussendoor even met de sensoren en servo's gespeeld om te kijken of ze helemaal goed werkten. Helaas kwam ik er toen achter dat de servo's niet 180 graden maar slechts 120 graden konden draaien volgens de producent, wat verkeerd op de webshoppagina van Conrad stond. Toen ik de servo's ben gaan testen kwam ik er zelfs achter dat ze maar van graden commando's willen aannemen, dus dat liet me over met 90 graden. Met fysiek testen bleek dat ze zelfs 90 graden nauwelijks konden bewerkstelligen en heb ik het moeten doen met een bijna onwerkbare 80 graden. Gelukkig had ik mijn hand goed gebouwd en kon ik door de strekking van de vingers op 0 graden wat minder te maken toch nog dingen vastpakken. Ik heb tijdens de Postmortem met mijn laptop als powersource en de kabels in mijn mouwen rondgelopen met mijn robothand, die ik Digit heb genoemd. Het voelde erg voldoenend dat alles werkte. Ik kon naar dingen wijzen, kon mensen de hand schudden en lichte dingen oppakken met Digit. Ik ben nu zeker van plan om in mijn vrije tijd meer met arduino en robotica te doen en misschien wel te gaan voor de volle vijf vingers en betere servo's!

8 PMI Makerspaces Ik heb twee makerspaces in Utrecht bezocht; de HKU en ProtoSpace. De HKU Makerspace oogt heel klinisch. Het is er georganiseerd en overzichtelijk, maar veel karakter zit er niet in. Het was wel erg prettig om te zien dat de kosten van het gebruik van de apparaten vrijwel alleen materiaalkosten bedroegen. Bij de intro werd er sterk nadruk gelegd op dat het gebruik van een makerspace laagdrempelig moet zijn, en dit maakt dat zeker waar. Het viel me op dat er ook een aantal mensen aan het werk waren in de makerspace. Dit kan natuurlijk wel intimiderend werken, maar ze waren erg gastvrij en hebben de tijd genomen om ons de weg te wijzen en vragen te beantwoorden. Naast de faciliteiten op de HKU in Hilversum is dit waarschijnlijk een plek waar ik gebruik zou maken van de machines. Aanwezig in het lab waren een tweetal standaard 3d-printers, een poederprinter, een lasersnijder, een vinylsnijder, een kleine frees en een soldeerstation.

9 Het tweede lab wat we hebben bezocht was de ProtoSpace. Bij binnenkomst was dit een erg karaktervolle makerspace. We werden enthousiast begroet en meteen rondgeleid. Er zijn erg veel materialen en apparaten om te gebruiken, en er hangt een gezellige bedrijvige sfeer. Wat ik niet had verwacht waren de exorbitante prijven die hingen aan het gebruik van de machines, exclusief materialen. Ik weet het niet meer precies, maar de prijzen begonnen ongeveer bij 50 euro per dagdeel. Een groot project printen op deze locatie zou behoorlijk duur kunnen zijn. Dit vond ik vreemd omdat alles wat ik tot nu toe had gehoord wees op het vrije gebruik van de machines zolang zelf voor materiaal werd betaald en de ontwerpen werden gedeeld. Zelf zou ik hier dus waarschijnlijk niet snel heen gaan om iets te maken, omdat ik een tiende deel van mijn maandelijkse inkomsten niet aan een ochtend 3d-printen kwijt wil zijn. In het lab staan (volgens mij) 8 standaard 3d-printers, een lasersnijder, een grote frees, een aantal kleine frezen, twee vinylsnijders en een plethora aan andere gereedschappen.

10 Links Vimeo: Instructable: