让机械手臂模仿你！教你实现人体手臂主从同步控制机械手臂

UerRob

在大学生电子爱好者论坛发了一次，现分享给大家咯，
原地址： http://bbs.uer8.com/thread-220-1-1.html

这学期参加学校科技作品大赛，小编自己的作品名叫搭载主从同步机械手臂的遥控勘探机器人，
核心技术就在人体手臂同步控制机械手臂。
有一部分灵感来自《铁甲钢拳》~~

成品展示






在极客工坊发过单手指调试视频：
http://www.geek-workshop.com/thread-14876-1-1.html

另外还有一个半成品视频：
http://bbs.uer8.com/thread-180-1-1.html

以上是预审答辩调试视频，
答辩的最终视频找不到了，效果好得多，实现了对整条手臂的控制。

下面和大家分享分享这个idea，大家头脑风暴没准能可以提出更好的改善。

材料准备
首先大家需要一个手臂模型，这类某宝上有卖成品的，带云台、支架和舵机，
想自己买的话对舵机选择有问题可以联系我哈，烧了几台舵机后还是积累了一些经验。

当然大家纯测试准备一台小舵机就行。

其他需要准备的材料：
1、 adxl345加速度传感器  貌似8元
2、 CD4053模拟开关  这个几元可以买一大把
3、 arduino板子 (我用的mega2650)


PS：转载请注明出处

UerRob

下面给大家分享一点自己DIY机械手臂手指的经验

机械手臂支架部分网上都大同小异，
为了配合我们要实现的功能，所以我们选择自己用AutoCad建模后在激光切割机上切割成型了机械手臂的手指部分

部分建模图：
  








使用的亚克力材料，切割后用ABS胶水粘在一起就OK咯。

成品手指：



上面帖子视频里也可以看到。

UerRob

技术部分
总体来说思路是这样的：
adxl345获得x y z轴加速度值  - >  转化为偏角   -> (通过wifi传输给手臂部分的单片机) - >  写入对应关节的舵机角度值

其中对于adxl345的特性在这就不介绍了，论坛资料挺多的，总之它能获取 x y z轴的加速度

另外adxl345使用I2C与arduino通信，我们需要同时连接5个adxl345，这时涉及到多从机防止干扰的问题，移步：
http://bbs.uer8.com/thread-207-1-1.html
用到了CD4053模拟开关


模块角度与舵机角度之间的转化方程

原理：由于重力加速度传感器在静止时受到重力作用，因此会有1g的重力加速度，加速度传感器可以感受到重力x、y、z轴三个方向上的分量，读数为分量与g的比值，从而计算出其在垂直平面上的倾斜角度。

数学模型：
1.建立三维直角坐标系，x、y、z轴模拟为加速度传感器x、y、z轴，轴方向符合右手定则，其中y轴方向为手指延伸方向。初始状态下，取z轴负方向为重力方向，即竖直方向。此时x=0，y=0，z=-1

2.人的手指或手臂带动传感器变动，相当于传感器的x、y、z轴相对重力方向变动，为使读图、计算方便，固定xyz轴位置，使g轴变动。

3.设x、y、z轴与g夹角分别为α、β、γ，传感器输出的为重力加速度分量值与其比值，即为x=cosα、y=cosβ、z=cosγ。由几何关系可知，欲求角（即x、y、z轴与地面的夹角）分别为90°-α、90°-β、90°-γ。又因为x=sin(90°-α)、y=sin(90°-β)、z=sin(90°-γ)，所以所求角度
值分别为arcsinx、arcsiny、arcsinz.

4.每次测得的数据为θi(αi,βi,γi)（i∈N*，i≤n）,舵机起始位置为水平面，输给舵机的角度值分别为θ1，θ2-θ1，θ3-θ2，θ4-θ3„„θn-θn-1。这样，舵机接受离散数据。

先写到这，回头补充详细...有问题可以留言哈

UerRob

技术部分
总体来说思路是这样的：
adxl345获得x y z轴加速度值  - >  转化为偏角   -> (通过wifi传输给手臂部分的单片机) - >  写入对应关节的舵机角度值

其中对于adxl345的特性在这就不介绍了，论坛资料挺多的，总之它能获取 x y z轴的加速度

另外adxl345使用I2C与arduino通信，我们需要同时连接5个adxl345，这时涉及到多从机防止干扰的问题，移步：
http://bbs.uer8.com/thread-207-1-1.html
用到了CD4053模拟开关


模块角度与舵机角度之间的转化方程

原理：由于重力加速度传感器在静止时受到重力作用，因此会有1g的重力加速度，加速度传感器可以感受到重力x、y、z轴三个方向上的分量，读数为分量与g的比值，从而计算出其在垂直平面上的倾斜角度。

数学模型：
1.建立三维直角坐标系，x、y、z轴模拟为加速度传感器x、y、z轴，轴方向符合右手定则，其中y轴方向为手指延伸方向。初始状态下，取z轴负方向为重力方向，即竖直方向。此时x=0，y=0，z=-1

2.人的手指或手臂带动传感器变动，相当于传感器的x、y、z轴相对重力方向变动，为使读图、计算方便，固定xyz轴位置，使g轴变动。

3.设x、y、z轴与g夹角分别为α、β、γ，传感器输出的为重力加速度分量值与其比值，即为x=cosα、y=cosβ、z=cosγ。由几何关系可知，欲求角（即x、y、z轴与地面的夹角）分别为90°-α、90°-β、90°-γ。又因为x=sin(90°-α)、y=sin(90°-β)、z=sin(90°-γ)，所以所求角度
值分别为arcsinx、arcsiny、arcsinz.

4.每次测得的数据为θi(αi,βi,γi)（i∈N*，i≤n）,舵机起始位置为水平面，输给舵机的角度值分别为θ1，θ2-θ1，θ3-θ2，θ4-θ3„„θn-θn-1。这样，舵机接受离散数据。

先写到这，回头补充详细...有问题可以留言哈

UerRob

申请加精~
回头补充些技术细节

glen_f

不错！希望能够看到技术细节。

沧海笑1122

好东西，支持

JimmyVilla

膜拜一下大神！

UerRob

多谢支持~ 顶顶顶..

UerRob

glen_f 发表于 2015-6-24 11:21
不错！希望能够看到技术细节。

技术细节整理中 考期结束就发上来