Hand met zelf-aanpassende vingers
Ook deze
keer weer werd ik op het spoor gebracht door Internet. Nu eens een link naar
het robotics laboratorium van de Université Laval in
Canada. Nu zijn robot-handen voor industriële toepassingen eigenlijk altijd met
twee of drie vingers uitgerust. Maar om het wat menselijker te maken heb ik er
één bij gebouwd. Een vijfde vinger zou de hand weer te breed maken… Ach ja, het
blijft altijd een balans tussen rankheid en robuustheid… Ik heb gekozen voor de
stevige variant. De hand, ik zou bijna
willen zeggen “The Claw”, verkent de grenzen van Lego Technic. Hij is in
staat een fles wijn vast te houden. Maar ook een pen, of zelfs een knikker!
Eenmaal vast is nooit meer los… tenzij je de motoren in “de achteruit” zet.
De hand staat op een arm met compleet polsgewricht.
De arm heeft inwendig twee motoren. Één om de hand naar voor en achter te
bewegen, de ander om de arm om zijn as te draaien. Beide motoren worden bewaakt
door Mindstorms rotatiesensoren zodat de Mindstorms RCX module kan voorkomen
dat de boel aan gort draait.
En als de hand echt op dreef is speelt hij gewoon een potje tennis mee!
Dit is de essentie van het ontwerp dat ik op Internet vond: een systeem van hefbomen die de vinger op natuurlijke wijze “om de vorm” buigen. Helaas is het niet mijn eigen idee. De constructie is onder meer in 1998 in de US gepatenteerd. Daarna zijn er diverse verschijningsvormen op de markt gekomen.
In het
figuur hiernaast zie je dat naast de constructie die ik heb toegepast (links op
de tekening) nog een extra set van hefbomen (rechts op de tekening) aan de
vinger wordt toegevoegd. De 2e set hefbomen zorgt er onder meer voor
dat de vinger “recht“ blijft als bijvoorbeeld uitsluitend kracht op de
vingertop wordt uitgeoefend bij het pakken van een zeer klein voorwerp. In
“mijn” variant buigen de vingertoppen iets naar binnen toe alsof hij zijn
nagels in het voorwerp plaatst. In het patent wordt tevens melding gemaakt van
de hefboomconstructie zoals toegepast in de Mars Exploration Rover die ik
onlangs bouwde. Het nadeel daarvan is dat de knijp-kracht van de aandrijving
daardoor verdeeld wordt over de vingers waardoor je met de kracht van één
lego-motor uiteindelijk nog geen spons in kan knijpen.
Ik heb een “High Power” variant bedacht met een elektrisch
differentieel. Elke vinger heeft een eigen motor (9V Geared Motorblock). De
motoren staan Serie-Parallel geschakeld door een speciale montage van de
aansluitdraden (zie illustratie). 
A+B staan in serie en
parallel aan de serieschakeling van C+D. Hierdoor komt de energie vanzelf
terecht in de vingers (motors) die de meeste bewegingsvrijheid hebben. De
vinger die tegen wordt gehouden door een voorwerp zal zijn motor (bijvoorbeeld
A) doen stoppen. Daardoor neemt het Elektromagnetisch Koppel van motor (A)
sterk af en komt het grootste deel van de 9 volt over motor (B) te staan die
nog wel draait. Valt (B) ook stil dan krijgt (A) weer een extra energiestoot
waardoor deze “zijn vinger” nog eens extra stevig aandrukt. Zo voel je de
vingers naar balans zoeken totdat alle motoren stilvallen (kwestie van een
seconde). Hetzelfde verhaal geldt voor C+D. De stroom, die door de stilstaande
motoren vloeit, is beperkt omdat deze in serie geschakeld staan.
De meest speelbare variant is “handbediening” van de hand. Mijn zoon (5jr) speelt graag met de Robo-hand. Hij is niet altijd even alert met het uitschakelen van de motoren in de arm als deze tegen de uiterste positie aan draait. De RCX houdt de stand van pols en arm netjes in de gaten en geeft alarm als pols of arm de laatste graden indraaien. Op de display zijn beide posities netjes te volgen.
Wil je in plaats van handbediening overgaan tot volautomatische bediening, dan is het RCX programma eenvoudig aan te passen. Bouw dan bijvoorbeeld de licht-sensor in de handpalm zodat de RCX “ziet” wanneer er iets in de hand gelegd wordt en dit vanzelf vast kan pakken om het daarna weg kan leggen.
Download (rechter muisknop)
MLCAD-file: Vinger met Motor-unit
LSC - file: RCX SW - handmatige bediening
Klik op de vinger voor gedetailleerdere foto’s. De rode assen zijn in de hand gefixeerd.
Korte software handleiding:
Zet de hand in de neutrale stand (recht omhoog en arm niet gedraaid) en start daarna de RCX. De sensorwaarden worden op nul gezet zodat vanaf nu de grenswaarden goed bewaakt worden. Sensor 1 meet de polsuitslag van circa –90 tot +90 graden in circa 900 stappen (-450 tot +450) komt de sensor buiten dit bereik dan klinkt er een waarschuwingstoon. Sensor 2 meet de stand van de arm in 28 stappen. Ook hier waarschuwt de RCX als de arm te ver door dreigt te draaien.