Mechanická ruka - Jednoduchý princip táhel

Reklama:

Vítejte u prvního dílu našeho mini-seriálu o mechanických rukou. Pokud jste si někdy jako malí představovali, že budete mít robotické tělo, nebo vás prostě jen fascinuje, jak funguje lidská anatomie převedená do techniky, jste na správném místě.

Dnes začneme pěkně „analogově“. Podíváme se na mechanické ruce, které nepotřebují baterky, procesory ani složité kódování. Stačí jim fyzika, trocha provázku a špetka vaší trpělivosti.

Princip ovládání: Když provázek nahradí sval

Základní myšlenka jednoduché mechanické ruky je v podstatě kopírování lidské anatomie. Naše prsty nemají svaly přímo v článcích; jsou ovládány šlachami, které vedou z předloktí.

Jak to funguje mechanicky?

Mechanismus využívá princip tahu a protitahu:

Flexe (ohnutí): Provázek (táhlo) je veden po vnitřní straně prstu přes jednotlivé klouby. Když za provázek zatáhnete, vytvoříte napětí, které přitáhne články k sobě.
Vedení (Bowdenův efekt): Aby se provázek nepohyboval volně prostorem, musí procházet vodítky (trubičkami nebo očky). To zajišťuje, že síla působí přesně v ose kloubu.
Extenze (narovnání): Tady přichází trik. Provázek umí jen táhnout, neumí tlačit. Aby se prst vrátil do původní polohy, potřebujete buď druhý provázek na vnější straně, nebo (častěji) elastický prvek (gumičku, pružinu nebo samotnou pružnost materiálu), který prst narovná, jakmile povolíte tah.

Existující projekty pro inspiraci

Než se pustíte do řezání kartonu, podívejte se, co už vymysleli jiní. Tyto projekty sahají od hraček až po funkční protetické pomůcky:

Kartonové DIY ruce: Na YouTube najdete tisíce návodů pod heslem "Cardboard Robotic Hand". Je to základní edukační pomůcka, která krásně demonstruje mechaniku.
Projekt e-NABLE: Toto je komunita dobrovolníků, která vyrábí 3D tištěné mechanické ruce pro děti. Jejich modely (např. Phoenix Hand) fungují právě na principu táhel. Pohyb zápěstí zatáhne za lanka a sevře prsty. Je to úžasná ukázka toho, jak "jednoduchý" provázek může změnit život.
InMoov (Finger Starter): Slavný open-source projekt humanoidního robota. Jeho prsty začínají právě na tomto principu – silonová lanka vedou k servomotorům, ale základní mechanika je čistě o tahu.

Rychlé řešení: Vyrobte si prototyp za 15 minut

Chcete si to vyzkoušet hned teď? Nepotřebujete 3D tiskárnu, stačí vám věci, které máte pravděpodobně v šuplíku.

Materiál:

Tvrdý karton (krabice od bot je ideální).
Brčka na pití (poslouží jako vodítka pro "šlachy").
Pevný provázek nebo režná nit.
Lepicí páska nebo tavná pistole.
Gumičky (volitelné, pro automatický návrat).

Postup:

Dlaň a prsty: Obkreslete svou ruku na karton a vystřihněte ji. V místech, kde máte klouby, karton opatrně nalomte, aby se snadno ohýbal.
Vodítka: Na každý článek prstu nalepte kousek brčka (cca 1–2 cm dlouhý). Nechte mezi nimi mezery v místech kloubů, aby se prst mohl ohnout.
Šlachy: Provázek přilepte na úplnou špičku prstu. Poté ho provlékněte všemi brčky směrem dolů k dlani.
Test: Zatáhněte za provázek pod dlaní. Prst by se měl elegantně sevřít.

Tip od profíka: Pokud se prsty nevracejí zpět, nalepte na hřbet ruky (vnější strana) obyčejnou gumičku nebo proužek pružného plastu, který bude prsty neustále "tlačit" do rovné polohy.

Tento jednoduchý model je skvělým začátkem pro pochopení kinematiky. Jakmile pochopíte, jak přenést sílu z bodu A (vaše ruka nebo motor) do bodu B (článek prstu), máte vyhráno.

V příštím díle se podíváme na to, jak tuto mechanickou krásu „oživit“ pomocí elektroniky, senzorů a mikrokontrolerů.O