Abschlussprojekt Mechatronik

Das war mein Abschlussprojekt Mechatronik an der Fakultät für Maschinenbau in Skopje. Ziel war es, ein Gerät zu entwickeln, das die Interaktion realer Armbewegungen mit 3D-Computermodellen ermöglicht. Ich habe drei verschiedene Felder in einem Gerät integriert, z.B. Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik:

• Solidworks zum Entwerfen des 3D-Modells, das die Bewegungen des Arms darstellt.
• Arduino Mega 2560-Karte zum Verbinden der realen Welt mit dem Computer.
• MATLAB / Simulink zur Programmierung der Steuerung des 3D-Modells

Im nächsten Video sehen Sie eine Präsentation des Projekts. Dies ist sein Inhalt:

• Eine Einführung. Hier spreche ich kurz über die Mechatronik als Studienrichtung, die es mir ermöglicht hat, ein solches Gerät zu entwickeln.
• Der Arduino Mega 2560. Einige grundlegende Funktionen dieses Arduino-Boards, das ich in diesem Projekt verwendet habe.
• 3D-Modelle in der Simulink-Umgebung. So übertragen Sie ein 3D-Modell von Solidworks nach Matlab / Simulink mit dem SimMechanics Link.
• Entwicklung des Geräts. Hier spreche ich über die Komponenten, mit denen ich das Gerät gebaut habe und wie sie funktionieren, sowie über das Simulink-Modell, das Programm, das auf dem Arduino-Board läuft und die Interaktion zwischen der realen Welt und dem Computer ermöglicht
• Sie können sich das folgende Video ansehen oder die schriftliche Anleitung unten lesen.

Bauen des Geräts

In diesem Projekt verwendete Teile

• Arduino Mega 2560
• 3-Achsen-Beschleunigungsmesser
• Linearpotentiometer x5

Der Beschleunigungsmesser wird verwendet, um die Ausrichtung des Arms zu verfolgen. Wenn sich der Arm bewegt, ändern sich die Werte der X-, Y- und Z-Achse des Beschleunigungsmessers und werden in die analogen Eingänge des Arduino-Boards eingelesen. Laut ihnen bewegt sich auch das 3D-Modell.

Die Potentiometer werden zum Verfolgen der Position der Finger verwendet. Ich habe an jedem Potentiometer eine Feder (Stiftfeder) angebracht. Die Feder hält den Potentiometer-Schieber an einer bestimmten Position und wenn sich die Finger bewegen, wird der Schieber gezogen und der Widerstand des Potentiometers ändert sich. Diese Werte werden in die analogen Eingänge des Arduino-Boards eingelesen und entsprechend bewegen sich auch die Finger des 3D-Modells.

Ich benutzte eine Plastikabdeckung von einem Taschenrechner als Basis, auf der ich die fünf Potentiometer befestigte. Darauf legte ich das Breadboard, auf dem ich das Arduino Board und den Accelerometer mit einem Klebeband befestigte. Auf dem Bild unten sehen Sie das endgültige Aussehen des Geräts.

Schaltplan des Gerätes

Das 3D-Modell

Das 3D-Modell ist eine Darstellung eines menschlichen Arms. Zuerst habe ich es mit Solidworks modelliert und dann mit dem SimMechanicsLink von Matworks nach Matlab/Simulink übertragen.

Das MATLAB / Simulink-Modell

Vor dem Erstellen des Simulink-Modells musste ich zuerst das Arduino IO-Paket installieren, das aus der Simulink-Bibliothek für die Kommunikation mit dem Arduino-Board besteht. Auch mit der Arduino IDE musste ich den Code auf das Arduino-Board hochladen, das mit dem Paket geliefert wird, um die Simulink-Bibliothek zu aktivieren. Hier würde ich mein Tutorial für Matlab und Arduino IO Package sehr empfehlen, damit Sie das Funktionsprinzip verstehen und den Code sehen können.

Ich habe mein Simulink-Modell in sechs Subsysteme unterteilt:

• Arduino-Analogeingangsblöcke für die Werte vom Beschleunigungsmesser und den Potentiometern
• Korrektur der analogen Messwerte nach meinen Bedürfnissen
• PID-Steuerung für gleichmäßigere Bewegungen
• Joint Actuators-Blöcke zum Antreiben der Gelenke des 3D-Modells
• Das 3D-Modell, das automatisch mit dem SimMechanicsLink generiert wurde
• Gelenksensorblock zur Verfolgung der Position des 3D-Modells

Sie können das Simulink-Modell hier herunterladen:

Überprüfen Sie meine Erweiterung dieses Projekts.

Ich habe den Arduino Glove so umprogrammiert, dass er als Gamecontroller funktioniert.