经济又实用,用100美元DIY机械外骨骼!

机械外骨骼或称动力外骨骼(Powered exoskeleton),是一种由钢铁的框架构成并且可让人穿上的机器装置,这个装备可以提供额外能量来供四肢运动。

除了军事用途意外,广泛一些的用途则是用来做为义肢与帮助老弱者行动。其它的用途则是用来进行救援行动,就像在一栋要倒塌的建筑物里,这个装置可以提供给工人很大的力量来举起重物,同时保护它不被落下的碎石砸伤。在日本,有银行为需常搬运沉重钞票及硬币的员工配备外骨骼,以降低身体负担。

今天为大家介绍的这个项目,则是用 100 美元制作一个机械外骨骼手臂(ExoArm),帮助老年人,残疾人和工人完成日常任务,减少疲劳。

这是您需要的所有木制和铝制部件,不包括固定木板的支架。 请记住,你需要根据自己的情况进行, 因为你会发现每个电机都有不同的几何形状,每个臂都是不同的, 因此,为了制作这个手臂你需要一些创造力,你必须自己解决问题。因为手臂没有“通用尺寸”,长度因人而异。 因此,最佳方法是测量自己的手臂并使用这些测量值。 

原理图

作者没有制作 PCB,大家可以根据自己的情况做决定。 它实际上非常简单,因为你可以看到没有电阻,二极管等。

组件清单:

如果您打算制造这种手臂,建议您尝试汽车玻璃窗的升降电机。 它更轻,扭矩更低,但对于我们的应用来说,这已经足够了。

这是一个 PID 控制的小测试。 正如你所看到的,它可以很好地占据一席之地。 PID 未调整。 这就是为什么你能听到马达发出的哔哔声。

PID 测试(点击查看动图)



应变计传感器将检测物体的质量,因此我们知道力和扭矩。 扭矩随着物体的角度(θ)而变化,但如果我们说上臂与身体平行,那么 Phi 角度与 -Theta 角度相同。


所以现在我们对扭矩有了很好的估计。 如果在试图向上移动手臂时物体悬挂在 ExoArm 上,则 ExoArm 上的扭矩会发生变化。 如果扭矩发生变化,应变计的输出也会发生变化,因此 ExoArm 将跟随您的手臂,具体取决于应变计是输出更大还是更小。 所以这可能是控制 ExoArm 的有效方法。

SG(应变计)安装在前臂上。 我把 2.5 公斤的重量放在手臂上,可以做一个支架,以便你可以进一步测试它(将它放在手臂上是非常痛苦的,特别是如果你需要每天做 40 次)。

肌肉传感器 :

简短的回答:没有。为什么? 使用中发现了一些问题:当你把电极放在你的二头肌上时,你可以通过拉伸你的皮肤来触发它。 它可能错误的触发,发送肌肉信号。 因此,当 Exo-Arm 固定在您的手臂上时,腰带会拉伸您的皮肤,特别是在二头肌处。 这导致 Exo-Arm 弯曲,但不会放手,因为它认为你仍在向肱二头肌发送信号,当唯一的信号是你的拉伸皮肤时。

在哪里放置所有电子部件?

你也许一个好的起点可能是一个小背包,或者甚至是一个小背包。 最大的问题是电池,它们相当沉重,使事情变得困难。 我们还必须记住,这应该是尽可能低的成本,所以没有花哨的 ExoBacks 或类似的东西。

完成后的演示视频请访问:https://youtu.be/E8_e_dIC0fQ
如果你项目感兴趣,具体信息请访问链接:
https://hackaday.io/project/20663-affordable-exoskeleton-arm-exoarm

原文地址:
https://www.eefocus.com/embedded/428412-ExoArm-Arduino

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