AmazingHand - projeto open source de mão robótica

• O projeto Amazing Hand é uma solução open source para criar e controlar uma mão robótica humanoide de baixo custo por menos de US$ 200
• Estrutura de 4 dedos com 8 graus de liberdade, com todos os atuadores posicionados internamente para operar sem cabos externos
• Com peças impressas em 3D, baixo custo e possibilidade de customização, oferece mais acessibilidade do que mãos robóticas comerciais existentes
• Suporta várias formas de controle, como scripts em Python + Serial bus ou controle baseado em Arduino
• Todo o material necessário para fabricação, incluindo código-fonte completo, CAD, guia de montagem e BOM, está disponível publicamente

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Visão geral do projeto Amazing Hand

• Diferentemente das mãos robóticas tradicionais e caras, a Amazing Hand busca viabilizar uma mão robótica humanoide experimental e expressiva em um formato open source e acessível
• Pode ser usada com o Reachy2 e também aplicada a diferentes estruturas de punho robótico.

• 8 graus de liberdade, 4 dedos, 2 articulações por dedo e estrutura de casca flexível
• Todos os atuadores ficam dentro da mão, permitindo operação sem cabos/atuadores externos
• Compatível com impressão 3D, peso de 400 g e custo de fabricação inferior a 200 euros
• Totalmente open source, com atualizações externas da comunidade e compartilhamento de casos de uso

Principais funções e características de design

• Cada dedo é acionado por um mecanismo paralelo, e 2 pequenos servos Feetech SCS0009 controlam os movimentos de flexão/extensão e adução/abdução
• A simetria das peças dos dedos foi considerada: há distinção entre peças da mão direita/esquerda, permitindo fabricar ambos os lados

Métodos de controle

• Uso de Waveshare Serial bus + scripts em Python
• Uso de Arduino + Feetech TTL Linker
• Há programas de demonstração básicos e explicações detalhadas para cada abordagem

Materiais de fabricação

BOM (lista de materiais) e impressão 3D

• A lista de peças obrigatórias (BOM), peças para impressão 3D, guia de impressão e guia de montagem estão todos abertos
• Inclui arquivos CAD em formato STL/STEP, documento no Onshape e dados de ângulos predefinidos
• Explica as diferenças de montagem entre mão direita/esquerda e os cuidados na atribuição de IDs dos servos

Montagem e execução de demos

• O PDF do guia de montagem apresenta a combinação padrão de peças do BOM
• São fornecidos scripts de calibração dos dedos com Python & Waveshare e Arduino & TTLinker
• É possível fabricar separadamente mãos direita e esquerda; ao combinar as duas em um robô bimanual, são necessários IDs de servo diferentes

Execução de demos

• Software básico de demonstração baseado em Python/Arduino
• Requer fonte de alimentação externa (como adaptador DC/DC de 5V/2A)
• O documento do BOM inclui informações sobre fontes recomendadas

Limitações de projeto e observações

• A qualidade da impressão 3D e ajustes manuais das peças podem causar diferenças nos ângulos reais
• Movimentos de preensão complexos e durabilidade de longo prazo exigem experimentos adicionais após mais desenvolvimento de software
• O servo SCS0009 oferece suporte a funções inteligentes (torque, posição, temperatura, feedback etc.)

Demos avançadas e expansibilidade

• Há demos avançadas e ferramentas de teste baseadas em cinemática inversa/direta
• No futuro, o objetivo é seguir evoluindo com PCB integrada própria, fechamento inteligente dos dedos, diferentes comprimentos/formatos de dedos e adição de sensores

Comunidade, FAQ e contato

• Casos de contribuição da comunidade, BOM em chinês e bases derivadas são compartilhados
• To-Do List: PCB customizada, testes de preensão e controle inteligente, pesquisa para adicionar/modificar dedos, integração de sensores etc.
• Há canal público no Discord e link para contato direto
• Os principais contribuidores são indicados

Conclusão

Amazing Hand é um projeto open source de mão robótica acessível e expansível. Com materiais de fabricação totalmente públicos, várias opções de controle e design e uma direção de evolução centrada na comunidade, tem alto valor de uso para pesquisadores em robótica, makers, educadores e startups.

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Comentários do Hacker News

• O custo de peças de $135 é o ponto que mais chama atenção. É realmente impressionante que tenhamos chegado a esse ponto
  • A Feetech vende atuadores servo tipo R/C com interface bidirecional com computador. A Dynamixel também usa essa abordagem há mais de 10 anos, mas existe uma grande diferença de preço. A Feetech custa $17, enquanto a Dynamixel sai por mais de $70. Na lista de peças, a maior parte está marcada como precisando ser "resistente", mas na prática é plástico PLA impresso em 3D, então a durabilidade tende a ser baixa. No vídeo, não aparece essa mão robótica realmente segurando ou manipulando algo. No fim das contas, este é um modelo em fase de prova de conceito. Se houver demanda suficiente, também seria possível fabricar peças em materiais mais resistentes por moldagem por injeção, como policarbonato ou nylon reforçado com fibra de vidro. O volume total de plástico é muito pequeno, então mesmo usando plásticos de alta qualidade o impacto no custo seria baixo. Ainda assim, moldagem por injeção para hobby quase não é usada. Até em lugares como a TechShop e makerspaces universitários, onde há injetoras de bancada, CNC para fazer moldes e até software como Autodesk Moldflow, quase ninguém usa isso na prática. A maior parte dos produtos plásticos do mundo é feita por moldagem por injeção
    • Feetech
    • Dynamixel
    • Moldagem por injeção de bancada (introdução da NYU)
  • Reconheço que este design está entre os melhores que já vi. Mas nessa faixa de preço é difícil esperar encoder absoluto externo ao motor, sensores confiáveis de força/torque para trabalhos delicados como pegar um morango, ou uma estrutura com tendões (veja o fio abaixo). Então parece haver limitações para pesquisa real ou projetos mais práticos
  • A maior parte dos trabalhos relacionados a mãos custa mais de $100 por 30 minutos. Se essa mão robótica conseguir fazer esse tipo de trabalho, pode provocar uma grande mudança na indústria relacionada
  • Seria ótimo se isso fosse adicionado como opção ao robô K-Scale que será lançado em breve. Na K-Scale, um end-effector de mão de cinco dedos será vendido por $1,000
    • K-Scale
  • Também é preciso considerar o custo de comprar uma impressora 3D
• Tenho mais interesse do que seria um braço robótico articulado, instalável na parede ou apoiado no chão, do que no robô humanoide que costumamos imaginar. Seria possível adicionar ou remover braços conforme a necessidade ou preferência, e também acoplar opções como extintor, termômetro e itens essenciais de cozinha. Imagino um assistente de cozinha capaz de segurar utensílios diversos, louças etc., e até dar sugestões quando necessário. Por exemplo: "uma pitada de sal, cerca de 5 g, quer que eu coloque?". Um robô em formato de braço articulado customizado para vários usos, como garagem, bancada de DIY e outros, parece ideal
  • Por enquanto eu não gostaria de colocar um braço robótico na cozinha, mas seria bom se outras pessoas fossem os beta testers. Em vez disso, começar com tarefas repetitivas e mais bem definidas, como lavar roupa — roupas sujas → máquina de lavar → secadora → cesto — parece envolver menos risco em termos de segurança
  • Falando sério, a Vassar Robotics, empresa apoiada pela Y Combinator, já está aceitando pedidos de kits de braço robótico. O meu pedido também teve o envio adiado recentemente por causa de uma atualização nas especificações da câmera. Talvez ele não possa segurar ferramentas perigosas como facas, mas de fato há várias empresas tentando viabilizar braços robóticos montados na parede
  • Sinceramente, não me anima muito ter em casa um braço controlado por computador brandindo uma faca, seja sobre rodas ou preso à parede
  • O que eu sempre imaginei é uma mão robótica deslizando suspensa em trilhos sob os armários superiores da cozinha
  • Sugiro a possibilidade de algo em estilo tentáculo
• A Pollen Robotics e a HuggingFace estão contribuindo bastante para os avanços recentes em robótica
  • Fico curioso para saber se o robô da HuggingFace realmente vai se popularizar. Também notei que, quando entra em "modo de dormir" durante a operação, os olhos/câmera giram para a parte de trás do pescoço
• Alguém conhece outros projetos open source semelhantes a exoesqueletos ou dispositivos assistivos?
  • theopenexo.nau.edu
  • Originalmente, a tecnologia foi desenvolvida para reduzir a fadiga no punho e no braço durante o uso de trajes espaciais. A última informação que vi era que o projeto havia sido interrompido em 2020 por vários motivos
• Como a maioria dos objetos do mundo foi projetada para humanos, é muito bom ver a tecnologia robótica evoluindo de forma compatível com isso
  • Esse é um dos motivos que impulsionam a alta das ações da maioria das empresas de robótica que abriram capital recentemente
• Alguém sabe se houve alguma razão específica de projeto para optar por 4 dedos em vez de 5 nessa mão robótica, e quais seriam os trade-offs envolvidos? Quando vi este projeto no Twitter alguns dias atrás, essa pergunta também me ocorreu. Pelo BOM, parece que um dedo a menos reduz o custo em cerca de $10
  • Mesmo deixando de lado por enquanto a espessura da mão, no nível dos servomotores, só olhando para a largura da palma esta mão de 4 dedos fica um pouco abaixo de 4 polegadas na altura dos nós dos dedos. Só isso já corresponde ao tamanho "X-Large" em medidas de luvas humanas. Os servos SCS0009 têm cerca de 1/2 polegada cada e são necessários 2 por dedo. Acrescentar mais um levaria a largura para 5 polegadas, algo na faixa de "3X-Large".
  • Parece que a largura dos servos que acionam cada dedo determina o espaçamento entre eles. Com cinco dedos, a mão ficaria larga demais e um pouco desajeitada
• Quero montar essa mão robótica para o Halloween e decorar como a Mãozinha, o personagem de mão ambulante da Família Addams
• Fico pensando se daria para colocar tendões ao longo do braço inteiro para reduzir o peso total
  • Will Cogley criou vários designs de mãos robóticas com tendões
    • YouTube de Will Cogley
    • Materiais no Notion de Will Cogley
  • A maioria dos materiais usados para tendões tem elasticidade, o que causa problemas de calibração, e a mão precisa de sensores proprioceptivos
• No fim, a pergunta mais importante é quanto peso essa mão consegue levantar. Por exemplo, se ela conseguir levantar 0,5 libra, o que precisaria mudar para chegar a 10/20/30 libras?
  • A mão serve para agarrar; o braço serve para levantar. Por isso, uma mão sem braço dificilmente consegue produzir muita força
• Projeto muito legal. Mas, para alcançar um nível de desempenho parecido com o de uma mão real, acho que seriam necessários pelo menos dois tipos de sensores muito sensíveis em toda a palma: pressão e temperatura
  • Concordo totalmente. Mesmo começar apenas com sensores de pressão já seria suficiente como primeiro passo