AmazingHand - Dự án bàn tay robot mã nguồn mở

• Dự án Amazing Hand là một giải pháp mã nguồn mở cho phép chế tạo và điều khiển bàn tay robot hình người với chi phí thấp dưới 200 USD
• Cấu trúc 4 ngón tay với 8 bậc tự do, toàn bộ bộ truyền động được bố trí bên trong nên hoạt động không cần cáp ngoài
• Nhờ linh kiện in 3D, giá thành rẻ và khả năng tùy biến, dự án dễ tiếp cận hơn so với các bàn tay robot thương mại hiện có
• Hỗ trợ nhiều phương thức như script Python + Serial bus hoặc điều khiển dựa trên Arduino
• Toàn bộ mã nguồn, CAD, hướng dẫn lắp ráp và BOM cùng các tài liệu cần thiết để chế tạo đều được công khai

---

Tổng quan về dự án Amazing Hand

• Amazing Hand hướng tới việc hiện thực hóa một bàn tay robot hình người thử nghiệm và giàu khả năng biểu đạt dưới dạng mã nguồn mở giá rẻ, khác với các bàn tay robot truyền thống đắt đỏ
• Có thể dùng cùng Reachy2 và cũng có thể áp dụng cho nhiều cấu trúc cổ tay robot khác nhau.

• 8 bậc tự do, 4 ngón tay, mỗi ngón có 2 khớp và cấu trúc vỏ mềm dẻo
• Tất cả bộ truyền động được đặt trong bàn tay, vận hành không cần cáp/bộ truyền động bên ngoài
• Tương thích in 3D, nặng 400g, chi phí chế tạo thấp dưới 200 euro
• Hoàn toàn mã nguồn mở, có cập nhật từ cộng đồng bên ngoài và chia sẻ các trường hợp ứng dụng

Tính năng chính và đặc điểm thiết kế

• Mỗi ngón tay được truyền động bằng cơ chế song song, với 2 servo mini Feetech SCS0009 điều khiển các chuyển động gập/duỗi và khép/dạng
• Thiết kế có tính đến tính đối xứng của các bộ phận ngón tay: phân biệt linh kiện tay phải/tay trái nên có thể chế tạo cho cả hai bên

Phương thức điều khiển

• Sử dụng Waveshare Serial bus + script Python
• Sử dụng Arduino + Feetech TTL Linker
• Có cung cấp chương trình demo cơ bản và giải thích chi tiết cho từng phương thức

Tài liệu chế tạo

BOM (danh sách vật tư) và in 3D

• Danh sách linh kiện bắt buộc (BOM), các bộ phận in 3D, hướng dẫn in và hướng dẫn lắp ráp đều được mở công khai
• Bao gồm tệp CAD định dạng STL/STEP, tài liệu Onshape, dữ liệu góc preset và hơn thế nữa
• Có giải thích về khác biệt khi lắp ráp tay phải/tay trái và các lưu ý khi gán servo ID

Lắp ráp và chạy demo

• Trong PDF hướng dẫn lắp ráp có tổ hợp linh kiện tiêu chuẩn của BOM
• Cung cấp script hiệu chuẩn ngón tay với Python & Waveshare, Arduino & TTLinker
• Có thể chế tạo độc lập cả tay trái lẫn tay phải; khi ghép thành hai tay robot thì cần các servo ID khác nhau cho từng bên

Chạy demo

• Phần mềm demo cơ bản dựa trên Python/Arduino
• Cần nguồn ngoài (ví dụ bộ chuyển đổi DC/DC 5V/2A)
• Tài liệu BOM có kèm thông tin về nguồn điện được khuyến nghị

Giới hạn thiết kế và lưu ý tham khảo

• Chất lượng in 3D, việc tinh chỉnh thủ công linh kiện và các yếu tố khác có thể khiến góc thực tế bị chênh lệch
• Các động tác gắp nắm phức hợp và độ bền khi hoạt động thời gian dài cần được thử nghiệm đầy đủ sau khi phát triển thêm phần mềm
• Servo SCS0009 hỗ trợ các tính năng thông minh (mô-men xoắn, vị trí, nhiệt độ, phản hồi, v.v.)

Demo nâng cao và khả năng mở rộng

• Có cung cấp demo nâng cao dựa trên động học thuận/nghịch và các công cụ kiểm thử
• Trong tương lai, dự án hướng tới tiếp tục phát triển như PCB tích hợp riêng, cơ chế đóng ngón thông minh, nhiều chiều dài/hình dạng ngón tay khác nhau, bổ sung cảm biến, v.v.

Cộng đồng, FAQ, liên hệ

• Chia sẻ tài liệu như các trường hợp đóng góp từ cộng đồng, BOM tiếng Trung, các bản base phái sinh
• To-Do List: PCB tùy chỉnh, thử nghiệm động tác gắp nắm·điều khiển thông minh, nghiên cứu thêm/biến thể ngón tay, tích hợp cảm biến, v.v.
• Có kênh Discord công khai và liên kết liên hệ trực tiếp
• Nêu rõ các cộng tác viên chính

Kết luận

Amazing Hand là một dự án bàn tay robot mã nguồn mở giá rẻ nhưng có khả năng mở rộng cao. Nhờ công khai toàn bộ tài liệu chế tạo, nhiều tùy chọn điều khiển và thiết kế, cùng định hướng phát triển lấy cộng đồng làm trung tâm, dự án có giá trị ứng dụng cao đối với nhà nghiên cứu robot, maker, nhà giáo dục và startup.

[GN⁺]

Ý kiến Hacker News

• Phần nổi bật nhất là chi phí linh kiện chỉ $135. Thật đáng kinh ngạc khi thế giới đã đi đến mức này
  • Feetech đang bán servo actuator kiểu R/C có giao diện máy tính hai chiều. Cách này Dynamixel cũng đã dùng hơn 10 năm rồi, nhưng chênh lệch giá rất lớn. Feetech là $17, trong khi Dynamixel từ $70 trở lên. Phần lớn danh sách linh kiện đều ghi là cần “độ bền cao”, nhưng thực tế lại là nhựa PLA in 3D nên độ bền khá thấp. Trong video cũng không thấy bàn tay robot này thực sự cầm hay thao tác vật gì. Rốt cuộc đây vẫn là một mẫu ở giai đoạn chứng minh ý tưởng. Nếu nhu cầu đủ lớn thì có thể làm linh kiện bằng vật liệu bền hơn theo phương pháp ép phun (ví dụ: polycarbonate, nylon gia cường sợi thủy tinh, v.v.). Tổng thể tích nhựa rất nhỏ nên kể cả dùng nhựa cao cấp thì chi phí cũng không tăng nhiều. Thế nhưng ép phun cho đồ hobby lại hiếm khi được dùng. Ở TechShop và các makerspace đại học, người ta cũng có máy ép phun để bàn và CNC để làm khuôn, thậm chí có cả phần mềm như Autodesk Moldflow, nhưng gần như không ai thực sự dùng. Phần lớn sản phẩm nhựa trên thế giới đều được làm bằng ép phun
    • Feetech
    • Dynamixel
    • Ép phun để bàn (giới thiệu của NYU)
  • Tôi công nhận đây là một trong những thiết kế tốt nhất tôi từng thấy. Nhưng ở tầm giá này thì khó có thể kỳ vọng encoder tuyệt đối đặt ngoài động cơ, cảm biến lực/mô-men xoắn có độ tin cậy cao (chẳng hạn cho các tác vụ tinh vi như nhặt dâu tây), hay cấu trúc tendon như thảo luận ở dưới. Vì vậy có vẻ nó vẫn có giới hạn đối với nghiên cứu thực tế hoặc các dự án mang tính ứng dụng
  • Hầu hết các công việc liên quan đến bàn tay đều tốn hơn $100 cho mỗi 30 phút. Nếu bàn tay robot này làm được những việc đó thì có thể tạo ra thay đổi rất lớn cho ngành liên quan
  • Sẽ rất tuyệt nếu sản phẩm này được thêm làm tùy chọn cho robot K-Scale sắp ra mắt. Ở K-Scale, end-effector bàn tay 5 ngón dự kiến sẽ bán với giá $1,000
    • K-Scale
  • Cũng phải tính thêm chi phí mua máy in 3D
• Tôi quan tâm đến cánh tay robot đa khớp có thể gắn lên tường hoặc đặt trên sàn hơn là kiểu robot hình người mà chúng ta thường kỳ vọng. Có thể tăng hoặc giảm số lượng tay theo nhu cầu hay sở thích, và cũng có thể gắn thêm bình chữa cháy, nhiệt kế, hay các vật dụng nhà bếp thiết yếu làm tùy chọn. Tôi hình dung nó như một trợ lý nhà bếp có thể cầm nhiều loại dụng cụ nấu ăn, bát đĩa, và khi cần thì đưa ra lời khuyên. Ví dụ có thể phản hồi kiểu như “Một nhúm muối, khoảng 5g, tôi cho vào nhé?” Robot dạng cánh tay đa khớp tùy biến cho nhiều mục đích như gara, bàn DIY, v.v. sẽ là lý tưởng
  • Hiện tại tôi chưa muốn đưa tay robot vào bếp, nhưng nếu người khác chịu làm beta tester thì tốt. Thay vào đó, bắt đầu với những công việc lặp đi lặp lại có quy trình rõ ràng hơn như giặt đồ (quần áo bẩn → máy giặt → máy sấy → chuyển sang giỏ) có vẻ an toàn hơn và ít rủi ro hơn
  • Nói nghiêm túc thì Vassar Robotics (công ty được Y Combinator đầu tư) hiện đang nhận đặt hàng kit cánh tay robot. Đơn hàng của tôi gần đây cũng bị lùi giao do họ nâng cấp thông số camera. Có lẽ nó chưa thể cầm các công cụ nguy hiểm như dao, nhưng thực sự đã có vài công ty đang cố hiện thực hóa cánh tay robot gắn tường
  • Thành thật mà nói, tôi không mấy thích ý tưởng trong nhà có một cánh tay vung dao do máy tính điều khiển, dù là gắn trên bánh xe hay trên tường
  • Điều tôi luôn tưởng tượng là một bàn tay robot trượt trên thanh ray treo dưới tủ bếp trên
  • Có người đề xuất thử kiểu xúc tu xem sao
• Pollen Robotics và HuggingFace gần đây đang đóng góp rất nhiều cho tiến bộ trong lĩnh vực robot
  • Tôi tò mò không biết robot của HuggingFace có thực sự được phổ biến rộng rãi không. Tôi còn thấy cả cảnh khi đang hoạt động mà nó chuyển sang “sleep mode” thì mắt/camera quay ra phía sau gáy
• Có ai biết những dự án mã nguồn mở khác tương tự exoskeleton hoặc thiết bị hỗ trợ không?
  • theopenexo.nau.edu
  • Công nghệ này ban đầu được phát triển để giảm mỏi cổ tay/cánh tay khi dùng bộ đồ không gian. Theo thông tin cuối cùng tôi biết thì dự án đã dừng vào năm 2020 vì nhiều lý do
• Phần lớn đồ vật trên thế giới được thiết kế phù hợp với con người, nên thật đáng mừng khi công nghệ robot đang tiến hóa theo hướng đó
  • Đây cũng là một trong những động lực khiến giá cổ phiếu của phần lớn công ty robot mới niêm yết gần đây tăng lên
• Có ai biết liệu có lý do thiết kế đặc biệt nào khiến họ chọn 4 ngón tay thay vì 5, và các trade-off tương ứng là gì không? Mấy ngày trước khi thấy dự án này trên Twitter tôi cũng đã thắc mắc điều đó. Dựa theo BOM thì có vẻ mỗi ngón tay giảm được khoảng $10 chi phí
  • Tạm gác độ dày của bàn tay lại, vốn ở mức tương đương chiều dày servo, chỉ xét chiều rộng lòng bàn tay thì bàn tay 4 ngón này tính theo khớp ngón là chưa đến 4 inch. Chỉ vậy thôi đã tương đương cỡ găng tay người loại “X-Large”. Servo SCS0009 rộng khoảng 1/2 inch mỗi cái và cần 2 cái cho mỗi ngón tay. Nếu thêm một ngón nữa thì chiều rộng sẽ thành 5 inch, tức cỡ “3X-Large”.
  • Có vẻ chính bề rộng của servo điều khiển từng ngón tay quyết định khoảng cách giữa các ngón. Nếu làm 5 ngón thì bàn tay sẽ quá rộng và trở nên khá kỳ cục
• Tôi muốn làm bàn tay robot này để trang trí Halloween như Thing, nhân vật bàn tay biết đi trong Gia đình Addams
• Tôi tự hỏi liệu có thể dùng tendon chạy dọc cả cánh tay để giảm tổng trọng lượng không
  • Will Cogley đã làm nhiều thiết kế bàn tay robot kiểu tendon
    • Kênh YouTube của Will Cogley
    • Tài liệu Notion của Will Cogley
  • Phần lớn vật liệu dùng làm tendon đều có tính đàn hồi nên gây ra vấn đề hiệu chuẩn, và bàn tay sẽ cần cảm biến cảm nhận vị trí bản thân
• Rốt cuộc câu hỏi quan trọng nhất là bàn tay này có thể nâng được nặng đến mức nào. Ví dụ nếu nó nâng được 0,5 pound thì muốn tăng lên 10/20/30 pound sẽ cần thay đổi gì
  • Bàn tay làm nhiệm vụ kẹp nắm, còn cánh tay làm nhiệm vụ nâng. Vì vậy một bàn tay không có cánh tay thì khó tạo ra lực mạnh
• Đây là một dự án rất tuyệt. Nhưng để đạt hiệu năng gần giống bàn tay thật, tôi nghĩ cần có ít nhất hai loại cảm biến cực nhạy là áp suất và nhiệt độ trên toàn bộ lòng bàn tay
  • Rất đồng ý. Trước mắt chỉ cần có cảm biến áp suất thôi cũng đã là một khởi đầu đủ tốt