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

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

首先，讓我們先了解MPU6050傳感器和彎曲傳感器。

MPU6050陀螺儀和加速度計傳感器

MPU6050基于微機械系統（MEMS）技術。該傳感器具有一個3軸加速度計、一個3軸陀螺儀和內置溫度傳感器。它可以用來測量諸如加速度、速度、方向、位移等參數。我們之前已經將MPU6050與Arduino和Raspberry pi進行了連接，并且還使用它構建了一些項目，例如自平衡機器人、Arduino數字量角器和Arduino測斜儀。

MPU6050傳感器的功能：

● 通信：具有可配置I2C地址的I2C協議

● 輸入電源：3-5Vd

● 內置16位ADC提供高精度

● 內置DMP提供高計算能力

● 可用于與磁力計等其他I2C設備接口

● 內置溫度傳感器

彎曲傳感器

彎曲傳感器實際上是一個可變電阻器。彎曲傳感器時，它的電阻會發生變化。通常有2.2英寸和4.5英寸兩種尺寸。

為什么我們在項目中使用柔性傳感器？在此手勢控制的機械臂中，使用彎曲傳感器控制機械臂的抓取器。當手套上的彎曲傳感器彎曲時，安裝在夾具上的伺服電機旋轉，夾具打開。

準備好3D打印的機械臂

本文中使用的3D打印機械手是根據ThinZverse中EEZYbotARM提供的設計制作的。 Thingiverse鏈接中提供了制作3D打印機械臂和帶有視頻的組裝細節的完整過程，該鏈接在上方共享。

上圖是組裝4臺伺服電機后3D打印的機械臂的圖像。

所需的組件

● Arduino Nano開發板

● 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的手勢控制機械臂的電路連接。

MPU6050和Arduino Nano之間的電路連接：

彎曲傳感器包含兩個引腳。它不包含極性端子。因此，第一個引腳P1通過一個10k的上拉電阻連接到Arduino Nano的模擬引腳A0，第二個引腳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，通過線纜連接手套和機械臂，也可以通過使用RF連接或藍牙連接將其無線連接。

連接完成后，手勢控制機械臂的最終設置如下圖所示：

為機械臂編程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，包括必要的庫文件。 Wire.h庫用于Arduino Nano和MPU6050與Servo.h之間的I2C通信，以控制伺服電機。

#include

#include

接下來，聲明用于類伺服的對象。當我們使用四個伺服電動機時，將創建四個對象。

Servo servo_1;

Servo servo_2;

Servo servo_3;

Servo servo_4;

接下來，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()函數中，將串行通信的波特率設置為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，為伺服電機連接定義了四個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，在void loop函數中，再次在MPU6050和Arduino Nano之間建立I2C連接，然后開始從MPU6050的寄存器讀取X、Y、Z軸數據并將它們存儲在相應的變量中。

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傳感器的軸數據的最小值和最大值映射在-90到90的范圍內。

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據，并根據彎曲傳感器的數字值設置夾具的伺服角度。因此，如果彎曲傳感器數據大于750，則夾具的伺服電機角度為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的移動映射為0到90度，以實現伺服電機的機械臂正向/反向運動。

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的運動被映射為0到90度，用于伺服電機的上/下運動機械手。

使用Arduino進行手勢控制的機械臂的工作

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。

現在，向下移動手以使機械臂向前移動，向上移動以使機械臂向上移動。然后向左或向右傾斜手，以向左或向右旋轉機械手。彎曲手打開夾持器，然后松開以使其閉合。
編輯：hfy