在软体机器人领域，工程师们使用柔软的材料制造出耐用、灵活且对人类更安全的机器人。现在，勇敢的 DIY 爱好者也可以为这些柔软的机器注入生命：去年九月，哈佛大学在线发布了开放获取的软体机器人工具包。
哈佛大学推荐的一些材料和技能可能超出了普通车库机器人的能力范围。但只要稍加创新，你就可以用更便宜的零件和更简单的技术来替代。这个项目使用廉价脚踏泵上的波纹管、细长的气球（可以扭成各种动物形状的那种）以及其他基本物品来制作驱动的“手指”。通过将五个手指连接到一个肢体——在本例中是一个塑料护臂，来自一套玩具盔甲——你可以组装成一只机械手。
一旦组装好你的肢体，就该进行项目的第二阶段了：构建流体控制板。Arduino 大脑控制和协调气阀，使机械手做出“和平万岁”的手势、放松手势，甚至竖中指。
规格
时间： 8 小时
成本： 70 美元（机械手），400 美元（控制板）
难度 5/5
材质
内径 7/16 英寸的波纹管
直径 5/16 英寸的木销
外径 1/4 英寸的乙烯基管
小型软管夹
五个 1/4 英寸软管接头 x 1/4 英寸内螺纹转接头
五个 1/4 英寸软管接头 x 1/4 英寸外螺纹转接头
电工胶带
黄色特氟龙螺纹胶带
几个长气球（350Q 型号）
1 英寸 x 6 英寸木板或其他支撑物
流体控制板
机械手制作说明
1. 将 5/16 英寸的木销插入波纹管中，使其保持笔直。使用中心冲，小心地在每个波纹之间沿着波纹管的接缝线冲出孔。翻转波纹管，并在另一条接缝线上重复此操作。
2. 使用钻床在波纹管肋之间的每个中心冲孔位置钻孔，同时保持木销在位以提供支撑。最好单独钻两侧的孔，而不是直接钻穿。完成后，你的波纹管两侧应该有一排整齐的孔。这些孔将作为应力释放，防止波纹管在弯曲时分裂。
3. 取出木销，用美工刀将波纹管切成五个 3 英寸长的手指。对于每个手指，用美工刀非常小心地从一侧的孔切到另一侧的孔，切在每个肋之间。保留每端的头两个肋不切断。只切波纹管的一侧。切勿损坏应力释放孔的远侧，否则会严重降低手指的可靠性。现在，波纹管在一个方向上的弯曲能力会比在另一个方向上更强。
4. 将另一段木销插入长气球中。用它小心地将气球送入其中一个手指，直到气球的末端露出足够抓取。取出木销，将约 1/4 英寸的气球尖端折叠在波纹管的边缘上。用一圈电工胶带完全缠绕手指尖端进行固定。
5. 现在，将木销从非胶带端重新插入手指内，但要放在气球外面。插入木销，使其距离手指尖端仅两个肋的距离。在手指尖端填充热熔胶，待冷却后，小心地取出木销。
6. 用电工胶带覆盖手指的末端，缠绕热熔胶固定的端部。再缠绕一圈电工胶带以密封手指末端。
7. 剪掉气球的开口端，比手指末端多留出一英寸。拉伸气球的开口端，使其覆盖手指的末端。
8. 对每个手指重复步骤 4 至 7。
9. 使用黄色特氟龙胶带缠绕每个公头软管接头的螺纹。将每个公头软管接头拧入每个母头软管接头，并用活动扳手拧紧。然后再次使用黄色特氟龙胶带，缠绕每个母头软管接头几圈。这些软管接头的末端应该能够紧密地插入每个手指的开口端。
10. 使用小型软管夹将每个手指固定在五个软管接头经过特氟龙胶带缠绕的末端。
11. 现在，使用热熔胶将每个手指牢固地固定在 1x6 英寸木板（或其他支撑物）的末端，形成一只手。最后，将一段外径 1/4 英寸的乙烯基管连接到每个手指的开口软管接头上。
12. 现在机械手制作完成了——但它仍然需要一个控制系统。参考哈佛大学的软体机器人工具包获取灵感，或者直接按照下面的说明进行操作。
构建流体控制板
这是一个复杂的项目。由于控制板在时间和金钱上的投入相当可观，因此在规划制作时，请考虑未来的扩展。例如，你可能希望购买一个 8 端口的集管以及合适的阀门和接头，这样你就可以扩展控制板，以控制比机械手项目所需的五个执行器更多的部件。对本项目有疑问？请联系Andrew Terranova。
控制板材料
带调节器的空气压缩机
1/4 英寸 Sintra PVC 板（12 英寸 x 24 英寸）
面板安装同轴电源插座，M 型 2.1 毫米 x 5.5 毫米
同轴电源插头，M 型 2.1 毫米 x 5.5 毫米
Arduino Mega 2560 或兼容型号
五个 SMC VQ110U-5M-M5 气阀（或类似型号：24VDC，带引线连接器）
一个 SMC VV3Q11-05 五口集管（或类似型号）
外径 1/4 英寸的乙烯基管
六个 50 千欧电位器（“旋钮”）
七个 6 毫米轴电位器旋钮
22 号绞合线或预粘合线（黑色、红色和黄色）
24 号多芯电缆或排线（需要 13 芯）
6 路接线端子
三个单刀双掷拨动开关
两个 5 毫米黄色 LED
两个 5 毫米 LED 固定座
560 欧姆电阻
1.2 千欧电阻
十二个 M 3 毫米 x 6 毫米十字塑料 PCB 板固定件
十二个 21 毫米 x 6 毫米 PCB 板垫片
五个 1/4 英寸 x 2 英寸六角螺栓
十个 1/4 英寸六角螺母
两个 10-32 1 英寸螺栓
双面泡沫胶带
热缩管
扎带（用于线缆管理）
控制板工具
台锯
铅笔
中心冲
钻床和钻头（13/64 英寸、17/64 英寸，其他尺寸根据元件尺寸确定）
公制丝锥 M 3 毫米 x 0.5 毫米，标准 10-32 英寸丝锥（其他尺寸根据元件尺寸确定）
焊锡铁和焊锡
剥线钳
一字螺丝刀和十字螺丝刀
活动扳手
打火机（用于热缩管）
控制板说明
1. 布局控制板。你可以参考照片进行设计，但要根据自己的需求进行调整。将电源和控件放置在易于触及的边缘附近会很方便。将 Arduino Mega/传感器扩展板放置在控件和 MOSFET 开关之间也会很方便。MOSFET 模块应靠近气阀/集管。电源可以放在任何你喜欢的地方，但要考虑如何为电路板布线。
2. 使用台锯将 Sintra 板切割成适合你布局的尺寸。12 英寸 x 16 英寸应该足够了。这将是控制板的基板。
3. 从剩余的 Sintra 板上，切割一块用于安装控件（约 12 英寸 x 2.25 英寸）。再切割一块用于安装电源开关和指示灯（约 2 英寸 x 6 英寸）。在这些块的其中一边切一个弧形，可以使它们更紧凑地安装在基板上，并增添一丝风格。
4. 用铅笔和中心冲在两个安装板上标记出 50 千欧电位器、开关、LED、电源插座以及用于将安装板固定到底座的六角螺栓的孔。
5. 在安装板上钻孔。如果需要将电位器直接拧入板中，而不是用螺母固定，可以将螺纹攻入 Sintra 板。如果你没有合适的尺寸丝锥来切割螺纹，可以使用一个“牺牲”的电位器作为丝锥（这可能会损坏电位器）。
6. 使用六角螺栓和螺母将两个安装板升高到基板上方。在将任何元件安装到安装板之前，将它们放在基板上你想要的位置。使用你为六角安装螺栓钻的孔作为指导，标记基板。然后在基板上钻 13/64 英寸的孔，并使用 1/4 英寸 x 20 的丝锥攻丝。
7. Arduino Mega 和 MOSFET 开关应使用 M 3 毫米 x 6 毫米十字塑料 PCB 板固定件安装。标记、钻孔和攻丝以安装它们和其他元件。24V 电源可以用双面泡沫胶带固定。气集管可以用两个 10-32 英寸的螺栓或泡沫胶带固定。
8. 将 24V 电源、气集管、MOSFET 开关、Arduino Mega 和传感器扩展板以及 6 路接线端子安装到底座板上。接线端子可以用小型自攻螺钉或泡沫胶带固定。
9. 将所有电位器、开关、LED 和电源插座安装到两个安装板上，但暂时不要将安装板安装到底座上。你还需要进行一些焊接。
10. 按照附带的原理图连接控制安装板上的六个电位器、12 位开关和 SPDT 开关。按照所示连接线缆到 Arduino Mega 传感器扩展板。
11. 按照附带的原理图连接电源安装板上的 12V 电源插座、电源开关和 LED。按照所示连接线缆到 6 路接线端子。按照所示连接 24V 电源，并连接 12V 电源插座。目前请勿将电源插头插入交流墙壁插座。
12. 使用 1/4 英寸六角螺栓和螺母将控制板和电源板安装到底座板上。对于每个螺栓，将一个螺母与底座板齐平，并将另一个螺母从下方与安装板齐平。这将牢固地固定安装板。
13. 从 6 路接线端子向 Arduino Mega 和 MOSFET 开关输送电源。请参考原理图获取详细信息。
14. 按照原理图将 Arduino Mega 传感器扩展板的数字输出引脚连接到 MOSFET 开关的输入通道。然后将 MOSFET 开关的通道输出线连接到五个 SMC 气阀。
15. 将外径 1/4 英寸的乙烯基管从五个气阀连接到机械手。将更多的 1/4 英寸管从气集管的输入端连接到空气压缩机。您应将压缩机的输出设置在每平方英寸约 20 磅左右。您可能需要将压缩机的压力稍微增加或减少一些，但这只是一个好的起点。
16. 插上 12V 和 24V 电源。仅打开 12V 电源开关（暂时）。
17. 下载附带的软件草图示例。设置您的 Arduino 编程软件，连接到 Arduino Mega，然后编译并将草图下载到 Mega。
18. 现在打开 24V 电源开关。当功能选择开关处于一个位置时，您应该能够通过一个电位器控制每个手指。尝试将占空比电位器调整到不同的位置，看看它的工作情况。当功能选择开关处于另一个位置时，12 位开关将控制机械手的位置或运动。
19. 见证您创造的辉煌！这是我们正在工作的软体机械手。
本文最初发表于 2015 年 5 月的《Popular Science》杂志，标题为“向软体机械手挥手问好”。
