機(jī)械臂是引人入勝的工程創(chuàng)作之一，看著這些東西傾斜和搖動(dòng)像人類的手臂一樣完成復(fù)雜的事情總是令人著迷。這些機(jī)械臂可以在裝配線中進(jìn)行焊接、鉆孔、噴漆等劇烈機(jī)械工作的行業(yè)中找到，最近還開(kāi)發(fā)了高精度的先進(jìn)機(jī)械臂來(lái)執(zhí)行復(fù)雜的外科手術(shù)。在之前的文章中，我們3D打印了機(jī)械臂，并使用MG995伺服電機(jī)制作了機(jī)械臂。我們將再次使用相同的3D打印機(jī)器人手臂，通過(guò)Arduino Nano、MPU6050陀螺儀和彎曲（Flex）傳感器制作手勢(shì)控制的機(jī)器人手臂。

通過(guò)3D打印的機(jī)械臂位置可以通過(guò)與MPU6050陀螺儀和彎曲傳感器相連的手套來(lái)控制。 Flex傳感器用于控制機(jī)械手的夾具伺服電機(jī)，MPU6050用于在X和Y軸上移動(dòng)機(jī)器人。如果您沒(méi)有打印機(jī)，那么您也可以像為Arduino機(jī)器人手臂項(xiàng)目建造的那樣，用簡(jiǎn)單的紙板制作手臂。

首先，讓我們先了解MPU6050傳感器和彎曲傳感器。

MPU6050陀螺儀和加速度計(jì)傳感器

MPU6050基于微機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)。該傳感器具有一個(gè)3軸加速度計(jì)、一個(gè)3軸陀螺儀和內(nèi)置溫度傳感器。它可以用來(lái)測(cè)量諸如加速度、速度、方向、位移等參數(shù)。我們之前已經(jīng)將MPU6050與Arduino和Raspberry pi進(jìn)行了連接，并且還使用它構(gòu)建了一些項(xiàng)目，例如自平衡機(jī)器人、Arduino數(shù)字量角器和Arduino測(cè)斜儀。

MPU6050傳感器的功能：

● 通信：具有可配置I2C地址的I2C協(xié)議

● 輸入電源：3-5Vd

● 內(nèi)置16位ADC提供高精度

● 內(nèi)置DMP提供高計(jì)算能力

● 可用于與磁力計(jì)等其他I2C設(shè)備接口

● 內(nèi)置溫度傳感器

彎曲傳感器

彎曲傳感器實(shí)際上是一個(gè)可變電阻器。彎曲傳感器時(shí)，它的電阻會(huì)發(fā)生變化。通常有2.2英寸和4.5英寸兩種尺寸。

為什么我們?cè)陧?xiàng)目中使用柔性傳感器？在此手勢(shì)控制的機(jī)械臂中，使用彎曲傳感器控制機(jī)械臂的抓取器。當(dāng)手套上的彎曲傳感器彎曲時(shí)，安裝在夾具上的伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，夾具打開(kāi)。

準(zhǔn)備好3D打印的機(jī)械臂

本文中使用的3D打印機(jī)械手是根據(jù)ThinZverse中EEZYbotARM提供的設(shè)計(jì)制作的。 Thingiverse鏈接中提供了制作3D打印機(jī)械臂和帶有視頻的組裝細(xì)節(jié)的完整過(guò)程，該鏈接在上方共享。

上圖是組裝4臺(tái)伺服電機(jī)后3D打印的機(jī)械臂的圖像。

所需的組件

● Arduino Nano開(kāi)發(fā)板

● 彎曲傳感器

● 10k電阻

● MPU6050

● 連接線

● 面包板

電路原理圖

下圖顯示了基于Arduino的手勢(shì)控制機(jī)械臂的電路連接。

MPU6050和Arduino Nano之間的電路連接：

彎曲傳感器包含兩個(gè)引腳。它不包含極性端子。因此，第一個(gè)引腳P1通過(guò)一個(gè)10k的上拉電阻連接到Arduino Nano的模擬引腳A0，第二個(gè)引腳P2接地到Arduino。

將MPU6050和Flex傳感器安裝到手套上

我們將MPU6050和Flex傳感器安裝在手套上。此處，通過(guò)線纜連接手套和機(jī)械臂，也可以通過(guò)使用RF連接或藍(lán)牙連接將其無(wú)線連接。

連接完成后，手勢(shì)控制機(jī)械臂的最終設(shè)置如下圖所示：

為機(jī)械臂編程Arduino Nano

本文的末尾提供了完整的代碼。這里解釋了一些重要的代碼。

首先，包括必要的庫(kù)文件。 Wire.h庫(kù)用于Arduino Nano和MPU6050與Servo.h之間的I2C通信，以控制伺服電機(jī)。

#include

#include

接下來(lái)，聲明用于類伺服的對(duì)象。當(dāng)我們使用四個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)，將創(chuàng)建四個(gè)對(duì)象。

Servo servo_1;

Servo servo_2;

Servo servo_3;

Servo servo_4;

接下來(lái)，聲明MPU6050的I2C地址和要使用的變量。

const int MPU_addr=0x68; //MPU6050 I2C Address

int16_t axis_X,axis_Y,axis_Z;

int minVal=265;

int maxVal=402;

double x;

double y;

double z;

在void setup()函數(shù)中，將串行通信的波特率設(shè)置為9600。

Serial.begin(9600);

并在Arduino Nano和MPU6050之間建立了I2C通信：

Wire.begin(); //Initilize I2C Communication

Wire.beginTransmission(MPU_addr);//Start communication with MPU6050

Wire.write(0x6B); //Writes to Register 6B

Wire.write(0); //Writes 0 into 6B Register to Reset

Wire.endTransmission(true); //Ends I2C transmission

另外，為伺服電機(jī)連接定義了四個(gè)PWM引腳。

servo_1.attach(2); // Forward/Reverse_Motor

servo_2.attach(3); // Up/Down_Motor

servo_3.attach(4); // Gripper_Motor

servo_4.attach(5); // Left/Right_Motor

接下來(lái)，在void loop函數(shù)中，再次在MPU6050和Arduino Nano之間建立I2C連接，然后開(kāi)始從MPU6050的寄存器讀取X、Y、Z軸數(shù)據(jù)并將它們存儲(chǔ)在相應(yīng)的變量中。

Wire.beginTransmission(MPU_addr);

Wire.write(0x3B); //Start with regsiter 0x3B

Wire.endTransmission(false);

Wire.requestFrom(MPU_addr,14,true);//Read 14 Registers

axis_X=Wire.read()<<8|Wire.read();? ?? ?? ?? ?? ?

axis_Y=Wire.read()<<8|Wire.read();

axis_Z=Wire.read()<<8|Wire.read();

然后，將MPU6050傳感器的軸數(shù)據(jù)的最小值和最大值映射在-90到90的范圍內(nèi)。

int xAng = map(axis_X,minVal,maxVal,-90,90);

int yAng = map(axis_Y,minVal,maxVal,-90,90);

int zAng = map(axis_Z,minVal,maxVal,-90,90);

然后使用以下公式以0到360的形式計(jì)算x，y，z值。

x= RAD_TO_DEG * (atan2(-yAng, -zAng)+PI);

y= RAD_TO_DEG * (atan2(-xAng, -zAng)+PI);

z= RAD_TO_DEG * (atan2(-yAng, -xAng)+PI);

然后在Arduino Nano的A0引腳上讀取撓曲傳感器的模擬輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)彎曲傳感器的數(shù)字值設(shè)置夾具的伺服角度。因此，如果彎曲傳感器數(shù)據(jù)大于750，則夾具的伺服電機(jī)角度為0度，如果小于750，則為180度。

int gripper;

int flex_sensorip = analogRead(A0);

if(flex_sensorip > 750)

{

gripper = 0;

}

else

{

gripper = 180;

}

servo_3.write(gripper);

然后，將MPU6050在X軸上從0到60的移動(dòng)映射為0到90度，以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的機(jī)械臂正向/反向運(yùn)動(dòng)。

if(x >=0 && x <= 60)

{

int mov1 = map(x,0,60,0,90);

Serial.print("Movement in F/R = ");

Serial.print(mov1);

Serial.println((char)176);

servo_1.write(mov1);

}

MPU6050在X軸上從250到360的運(yùn)動(dòng)被映射為0到90度，用于伺服電機(jī)的上/下運(yùn)動(dòng)機(jī)械手。

使用Arduino進(jìn)行手勢(shì)控制的機(jī)械臂的工作

最后，將代碼上傳到Arduino Nano，并戴上MPU6050和彎曲傳感器安裝的手套。

現(xiàn)在，向下移動(dòng)手以使機(jī)械臂向前移動(dòng)，向上移動(dòng)以使機(jī)械臂向上移動(dòng)。然后向左或向右傾斜手，以向左或向右旋轉(zhuǎn)機(jī)械手。彎曲手打開(kāi)夾持器，然后松開(kāi)以使其閉合。
編輯：hfy