Дипломный проект по мехатронике: интерфейс реальной руки с 3D-моделлюванием (Arduino Mega, MATLAB/Simulink)

Мой дипломный проект на Факультете машиностроения (Скопье). Цель — устройство для взаимодействия движений реальной руки с 3D-моделью. Интегрированы механика, электроника и программирование:

• SolidWorks — 3D-модель руки.
• Arduino Mega 2560 — связь реального мира с ПК.
• MATLAB/Simulink — управление 3D-моделью.

Презентация проекта включает: введение в мехатронику, Arduino Mega 2560, перенос 3D-модели из SolidWorks в Simulink через SimMechanics Link, разработку устройства (компоненты, принцип работы, Simulink-модель, прошивка Arduino).

Сборка устройства

Используемые компоненты

• Arduino Mega 2560
• 3-осевой акселерометр
• Линейные потенциометры ×5

Акселерометр отслеживает ориентацию руки: значения X, Y, Z считываются на аналоговых входах Arduino, 3D-модель повторяет движения.

Потенциометры — для отслеживания положения пальцев. К каждому прикреплена пружина (от ручки), удерживающая ползунок. Движение пальца тянет ползунок, меняет сопротивление. Значения считываются на аналоговых входах, пальцы 3D-модели двигаются синхронно.

Основание — пластиковая крышка от калькулятора. На ней 5 потенциометров, сверху макетная плата с Arduino и акселерометром (на скотче). Итоговый вид:

Схема подключения

3D-модель

Модель человеческой руки создана в SolidWorks, перенесена в MATLAB/Simulink через SimMechanics Link.

Simulink-модель

Сначала установили Arduino IO Package (библиотека Simulink для связи с Arduino). Через Arduino IDE загрузили прошивку из пакета для работы с Simulink. Рекомендую мой туториал по MATLAB и Arduino IO Package.

Simulink-модель организована в 6 подсистем:

• Блоки аналоговых входов Arduino (акселерометр + 5 потенциометров)
• Коррекция аналоговых показаний
• ПИД-регуляторы для сглаживания движений
• Joint Actuators — приводы суставов 3D-модели
• 3D-модель (автогенерированная SimMechanics Link)
• Joint Sensor — отслеживание позиции модели

Скачать Simulink-модель:

Расширение проекта: перепрошил перчатку для работы как гейм-контроллер.