Gant Flex Sensor : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Il s'agit d'un projet amusant qui peut être adapté pour contrôler n'importe quoi, des bras robotiques aux interfaces de réalité virtuelle.

Étape 1: Matériaux et pièces

Pour le gant:

• Un gant de jardin pas cher
• Nénuphar Arduino
• Support de cellule de batterie Lilypad
• Fil à coudre conducteur
• Fil à coudre normal
• Vélostat
• Ruban adhésif
• super colle
• Élastique
• Cinq résistances de 4.7Kohm

Pour le bras:

• Cinq servos SG90
• Fil électrique
• Filament PLA ou ABS
• Ninjaflex (ou autre filament flexible)
• Fil de pêche
• Alimentation 5V
• Petite planche à pain (optionnelle mais utile pour câbler les servos en parallèle)

Remarque: si vous n'avez pas de filament d'impression 3D flexible, il est possible d'utiliser un bras robotisé différent du Flexy Hand

Étape 2: fabrication des capteurs Flex

Le matériau que j'ai utilisé, le vélostat, est un matériau piézorésistif. Cela signifie qu'il est sensible à la pression et que lorsque vous le pressez, le pliez ou le déformez, la résistance changera. C'est cette propriété que nous utiliserons pour mesurer combien chaque doigt se plie.

Commencez par découper 5 bandes de vélostat d'environ 0,7cm x 8cm, les dimensions exactes importent peu car nous nous intéressons à une lecture qualitative de la résistance et non quantitative.

Placez ensuite 2 longs morceaux de ruban adhésif face vers le haut sur une surface plane et coupez deux longueurs de fil à coudre conducteur, je dirais au moins 40cm de long, il est toujours préférable d'avoir un excès. Appliquez éventuellement une petite goutte de super glue sur le ruban adhésif, près de la base. Ce n'est pas nécessaire, mais j'ai trouvé que cela empêchait le fil à coudre de se retirer accidentellement. Si vous n'avez pas de fil à coudre conducteur, il peut être possible d'utiliser un fil de cuivre fin pour cette étape comme le fil que vous trouvez dans les câbles des écouteurs (je dis "pourrait" car je n'ai pas testé cette idée).

Posez les 2 longueurs de fil à coudre sur le ruban adhésif le long du centre, avec la queue du fil à coudre dépassant de l'extrémité du ruban adhésif. Il est important d'aller sur presque toute la longueur du ruban adhésif, car si vous ne le faites pas, le capteur de flexion ne collectera que les lectures près de la base de votre doigt et non du bout.

Posez le vélostat sur un morceau de fil à coudre de manière à ce qu'il recouvre l'extrémité (vous ne voulez pas que les 2 morceaux de fil à coudre se touchent). Soulevez ensuite l'autre morceau de ruban adhésif sur le côté découvert du vélostat, en appuyant fort pour éliminer les bulles d'air. A la base du capteur, assurez-vous que les 2 morceaux de fil à coudre ne créent pas de court-circuit, pour éviter cela, faites-les sortir du ruban adhésif sur les côtés opposés (similaire à une jonction en forme de "Y", voir photo).

Coupez l'excédent de ruban adhésif comme vous le souhaitez. Enfin super collez un petit bout d'élastique au bout du capteur. Répétez cette opération 5 fois en ajustant la taille de chaque capteur pour s'adapter de manière optimale à votre doigt.

Étape 3: Fabriquez le gant

Je vais donner un aperçu des étapes que j'ai personnellement suivies, mais la façon dont vous le faites variera au cas par cas, en grande partie en fonction du gant que vous utilisez.

Un point clé sur lequel je ne saurais trop insister est que le fil à coudre conducteur n'est PAS comme un fil de passe-temps normal, il n'y a pas de gaine isolante. De plus, comme le gant est flexible et peut se replier sur lui-même, il est très facile de créer un court-circuit, ce qui entraîne la destruction de composants et la fonte de gros trous dans votre gant.

Si vous n'avez pas de fil à coudre conducteur il est possible d'utiliser des fils normaux et de souder vos connexions.

J'ai commencé par câbler la batterie au gant et connecter 5V et GND à l'Arduino Lilypad. Ne cousez pas encore complètement le Lilypad car nous devrons le plier vers l'arrière et coudre en dessous (voir les photos ci-dessus).

Je recommanderais également de recouvrir le dessous de la carte Lilypad de ruban isolant pour éviter tout court-circuit.

Ensuite, soudez les extrémités de cinq résistances de 4,7 Kohms en petites boucles (vous devrez peut-être ajuster la valeur de résistance en fonction de la longueur et de la largeur de vos bandes de vélostat). Facultatif: utilisez de la colle chaude pour les fixer au gant, il est plus délicat de les coudre s'ils ne sont pas initialement maintenus en place.

Consultez attentivement les images ci-dessus et le schéma du circuit avant de continuer, il est important de tracer votre itinéraire pour le fil à coudre avant de commencer sinon vous vous "coudrez dans un coin".

Personnellement, j'ai commencé à coudre de GND sur la batterie aux 5 résistances, puis de chaque résistance individuelle aux broches A0 à A4 en passant sous la carte Lilypad que nous avons recouverte de ruban isolant plus tôt. Suite à cela, j'ai collé l'extrémité du premier capteur de flexion au pouce avec une extrémité du fil à coudre allant à 5V et l'autre extrémité allant à A0. Répétez cette opération pour chaque doigt, mais au lieu d'aller directement à 5V à chaque fois (et de créer un labyrinthe de points), cousez simplement sur le capteur de flexion précédent.

Pour vous assurer que chacun des capteurs de flexion reste sous tension lorsque vous déplacez vos doigts, cousez l'élastique que nous avons attaché au capteur de flexion lors de la dernière étape jusqu'au bout des doigts sur le gant. Cousez éventuellement des boucles autour du capteur de flexion pour vous assurer qu'elles restent en place lorsque vous déplacez votre main.

Enfin, soudez 5 fils aux broches numériques 5 à 9, celles-ci seront utilisées plus tard pour indiquer aux servos où aller.

Étape 4: Construisez le bras

J'ai imprimé en 3D les fichiers de bras mis à disposition par l'utilisateur Gyrobot sur Thingiverse. Vous pouvez les trouver ici.

Si vous le souhaitez, vous pouvez également imprimer un avant-bras en 3D, mais en raison des contraintes de filament, j'ai fabriqué un modèle en papier mâché de mon propre avant-bras. J'ai utilisé cinq servos SG90 maintenus dans un cadre imprimé en 3D, reliés à chaque doigt par une ligne de pêche. Câblez toutes les connexions GND et Vin en parallèle à une source d'alimentation externe telle qu'un transformateur mural 5V AC-DC.

Connectez les broches d'entrée du servo (généralement les fils orange par convention) aux broches numériques correspondantes sur le gant.

Étape 5: Téléchargez le code

À moins que vous n'ayez un câble FTDI, vous devrez programmer le Lilypad via un Arduino Uno. Les étapes pour cela sont décrites dans cette instructable. Assurez-vous d'avoir sélectionné le bon type de carte Arduino, pour le changer, allez dans Outils/Carte/Lilypad Arduino.

En suivant les instructions ci-dessus, téléchargez d'abord le code d'étalonnage.

Copiez la sortie du code d'étalonnage dans la ligne 31 de ce code, puis téléchargez-la.

Étape 6: Commentez le débit en bauds

J'ai eu un bug assez frustrant avec le débit en bauds (qui est la vitesse à laquelle les données sont communiquées via le port série) étant un facteur deux plus grand que ce que je l'avais programmé. Voir ma vidéo youtube vers 2:54 pour une démonstration du problème. Malheureusement, cela m'a empêché de suivre mon plan initial qui était d'utiliser le Bluetooth et de communiquer sans fil entre le gant et la main robotique.

Je n'ai pas pu résoudre le problème du débit en bauds, mais ma meilleure hypothèse est qu'il y a une inadéquation entre le matériel logiciel en pensant que l'oscillateur sur la carte est soit de 8 mHz, soit de 16 mHz. C'est peut-être parce que j'ai acheté une carte clone bon marché et non le produit officiel. Si vous utilisez le vrai produit, vous n'aurez peut-être pas ce problème. Néanmoins, il ne s'agit que de mes propres spéculations et si quelqu'un connaît la vraie raison, veuillez me le faire savoir dans les commentaires ci-dessous.

En tant que correctifs temporaires, j'ai trouvé 2 moyens de contourner cela:

• Doublez le débit en bauds à l'aide du bouton en bas à gauche du moniteur série. Par exemple, si le code dit Serial.begin(9600); changez la sortie du moniteur série en 19200.
• Au lieu de choisir l'Arduino Lilypad comme carte, choisissez l'Arduino Pro comme carte. Pour ce faire dans l'IDE Arduino, allez: Tools/Board/Arduino Pro ou Pro Mini, puis téléchargez.

Étape 7: Achèvement

J'espère que vous avez trouvé cette instructable informative, si vous avez des questions ou des suggestions, veuillez les laisser dans le commentaire ci-dessous.

Troisième prix du concours Make It Move 2017