AmazingHand - Open-Source-Projekt für eine Roboterhand

• Das Amazing Hand-Projekt ist eine Open-Source-Lösung, mit der sich für unter 200 Dollar eine humanoide Roboterhand bauen und steuern lässt
• 4-Finger-Struktur mit 8 Freiheitsgraden, bei der alle Aktuatoren im Inneren untergebracht sind und die ohne externe Kabel arbeitet
• Dank 3D-gedruckter Teile, niedriger Kosten und Anpassbarkeit ist sie zugänglicher als bestehende kommerzielle Roboterhände
• Unterstützt verschiedene Methoden wie Python-Skripte + Serial bus oder Arduino-basierte Steuerung
• Der gesamte Quellcode, CAD-Daten, Montageanleitungen und die BOM sowie alle weiteren für den Bau nötigen Unterlagen sind öffentlich verfügbar

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Überblick über das Amazing Hand-Projekt

• Im Unterschied zu teuren bestehenden Roboterhänden verfolgt Amazing Hand das Ziel, eine experimentelle und ausdrucksstarke humanoide Roboterhand als günstiges Open-Source-Projekt bereitzustellen
• Sie kann zusammen mit Reachy2 verwendet werden und ist auch auf verschiedene Roboter-Handgelenkstrukturen anwendbar.

• 8 Freiheitsgrade, 4 Finger, 2 Gelenke pro Finger und eine flexible Shell-Struktur
• Alle Aktuatoren sind in der Hand untergebracht, Betrieb ohne externe Kabel/Aktuatoren
• Für 3D-Druck geeignet, 400 g Gewicht, günstige Baukosten von unter 200 Euro
• Vollständig Open Source, mit Updates aus der Community und geteilten Anwendungsbeispielen

Hauptfunktionen und Designmerkmale

• Jeder Finger wird über einen Parallelmechanismus angetrieben; zwei kleine Feetech SCS0009-Servos steuern Beugung/Streckung sowie Adduktion/Abduktion
• Symmetrische Auslegung der Fingerteile: Durch getrennte Teile für rechte und linke Hand sind beide Seiten baubar

Steuerungsmethoden

• Nutzung von Waveshare Serial bus + Python-Skripten
• Nutzung von Arduino + Feetech TTL Linker
• Für jede Methode werden grundlegende Demoprogramme und ausführliche Erklärungen bereitgestellt

Fertigungsunterlagen

BOM (Stückliste) und 3D-Druck

• Die Liste der benötigten Teile (BOM), 3D-Druckteile, Druckleitfäden und Montageanleitungen sind vollständig offen verfügbar
• Enthalten sind CAD-Dateien im STL-/STEP-Format, Onshape-Dokumente und Preset-Winkeldaten
• Erläutert werden Montageunterschiede zwischen rechter und linker Hand sowie Hinweise zur Zuweisung von Servo-IDs

Montage und Ausführen der Demos

• Im Montageleitfaden als PDF wird die Kombination der Standardteile aus der BOM beschrieben
• Für Python & Waveshare sowie Arduino & TTLinker werden Kalibrierungsskripte für die Finger bereitgestellt
• Sowohl linke als auch rechte Hand können eigenständig gebaut werden; beim Kombinieren zu zwei Roboterhänden sind jeweils unterschiedliche Servo-IDs erforderlich

Demo-Ausführung

• Grundlegende Demo-Software auf Python-/Arduino-Basis
• Externe Stromversorgung erforderlich (z. B. 5V/2A-DC/DC-Adapter)
• Empfohlene Informationen zur Stromversorgung sind im BOM-Dokument enthalten

Designgrenzen und Hinweise

• Aufgrund der Qualität des 3D-Drucks und manueller Anpassungen an Bauteilen können Abweichungen bei den tatsächlichen Winkeln auftreten
• Für komplexe Greifbewegungen und Langzeit-Haltbarkeit sind nach weiterer Softwareentwicklung noch ausreichende Tests nötig
• Unterstützung der Smart-Funktionen des SCS0009-Servos (Drehmoment, Position, Temperatur, Feedback usw.)

Erweiterte Demos und Erweiterbarkeit

• Es werden fortgeschrittene Demos und Test-Tools auf Basis inverser/vorwärtsgerichteter Kinematik bereitgestellt
• Für die Zukunft sind eine eigene integrierte PCB, intelligente Finger-Schließbewegungen, unterschiedliche Fingerlängen/-formen und zusätzliche Sensoren als kontinuierliche Entwicklungsziele vorgesehen

Community, FAQ, Kontakt

• Materialien wie Community-Beiträge, eine chinesische BOM und abgeleitete Basen werden geteilt
• To-Do-Liste: kundenspezifische PCB, Tests von Greifbewegungen und smarter Steuerung, Forschung zu zusätzlichen/veränderten Fingern, Sensorintegration usw.
• Öffentlicher Discord-Kanal und direkter Kontaktlink verfügbar
• Wichtige Mitwirkende werden genannt

Fazit

Amazing Hand ist ein günstiges und zugleich erweiterbares Open-Source-Projekt für eine Roboterhand. Durch die vollständige Offenlegung der Bauunterlagen, verschiedene Steuerungs- und Designoptionen sowie die communityorientierte Weiterentwicklung bietet es hohen praktischen Nutzen für Robotik-Forschende, Maker, Lehrende und Startups.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Am auffälligsten sind die Teilekosten von 135 $. Es ist wirklich erstaunlich, dass wir in so einer Welt angekommen sind
  • Feetech verkauft R/C-Servoantriebe mit bidirektionaler Computerschnittstelle. Dieses Verfahren wird auch bei Dynamixel seit über 10 Jahren verwendet, aber es gibt einen großen Preisunterschied. Feetech kostet 17 $, Dynamixel dagegen 70 $ oder mehr. In der Teileliste steht bei den meisten Positionen, dass sie „stark“ sein müssen, tatsächlich bestehen sie aber aus 3D-gedrucktem PLA-Kunststoff und sind daher eher wenig langlebig. Im Video sieht man nicht, wie diese Roboterhand tatsächlich etwas greift oder handhabt. Letztlich ist das also ein Modell im Proof-of-Concept-Stadium. Wenn die Nachfrage groß genug ist, könnte man Teile per Spritzguss auch aus stärkeren Materialien herstellen, etwa Polycarbonat oder glasfaserverstärktem Nylon. Das gesamte Kunststoffvolumen ist sehr klein, daher würden selbst hochwertige Kunststoffe die Kosten kaum stark erhöhen. Trotzdem wird Spritzguss im Hobbybereich kaum genutzt. Selbst in TechShop- und universitären Makerspaces gibt es Desktop-Spritzgussmaschinen, CNCs zur Formherstellung und Software wie Autodesk Moldflow, aber fast niemand nutzt das tatsächlich. Die meisten Kunststoffprodukte weltweit werden im Spritzgussverfahren hergestellt
    • Feetech
    • Dynamixel
    • Desktop-Spritzguss (NYU-Einführung)
  • Ich gebe zu, dass dieses Design zu den besten gehört, die ich bisher gesehen habe. Aber in dieser Preisklasse kann man kaum absolute Encoder außerhalb des Motors, zuverlässige Kraft-/Drehmomentsensoren für präzise Arbeiten wie das Pflücken von Erdbeeren oder eine Sehnenstruktur erwarten (siehe Thread weiter unten). Deshalb dürfte es für echte Forschung oder realistische Projekte Grenzen geben
  • Die meisten Arbeiten rund um Hände kosten in 30 Minuten mehr als 100 $. Wenn diese Roboterhand solche Aufgaben übernehmen kann, könnte das die Branche stark verändern
  • Es wäre schön, wenn das als Option für den bald erscheinenden Roboter von K-Scale hinzugefügt würde. Bei K-Scale soll ein 5-Finger-Endeffektor für 1.000 $ verkauft werden
    • K-Scale
  • Man muss auch die Anschaffungskosten für einen 3D-Drucker berücksichtigen
• Mich interessieren eher mehrachsige Roboterarme, die man an der Wand montieren oder auf den Boden stellen kann, als die humanoiden Roboter, die wir erwarten. Je nach Bedarf oder Geschmack könnte man die Zahl der Arme erhöhen oder verringern und optional auch Feuerlöscher, Thermometer oder Küchenutensilien anbringen. Ich stelle mir einen Küchenassistenten vor, der verschiedene Kochwerkzeuge und Geschirr hält und bei Bedarf auch Ratschläge gibt. Zum Beispiel mit Feedback wie: „Eine Prise Salz, ungefähr 5 g, soll ich das hinzufügen?“ Maßgeschneiderte Roboter in Form mehrachsiger Arme für Garagen, DIY-Tische und andere Einsatzbereiche wären ideal
  • Im Moment möchte ich noch keinen Roboterarm in der Küche haben, aber ich wäre froh, wenn andere die Beta-Tester wären. Stattdessen könnte man mit repetitiven Aufgaben mit klarerem Ablauf beginnen, etwa Wäsche: schmutzige Kleidung → Waschmaschine → Trockner → Wäschekorb. Das wirkt sicherer und weniger riskant
  • Im Ernst: Vassar Robotics, ein von Y Combinator finanziertes Unternehmen, nimmt gerade Bestellungen für Roboterarm-Kits an. Meine Bestellung wurde kürzlich wegen eines Kamera-Spezifikations-Upgrades verzögert. Wahrscheinlich können sie keine gefährlichen Werkzeuge wie Messer halten, aber es gibt tatsächlich mehrere Unternehmen, die wandmontierte Roboterarme umsetzen wollen
  • Ehrlich gesagt hätte ich weder an Rädern noch an der Wand wirklich gern einen computerkontrollierten Arm mit einem Messer in meinem Haus
  • Ich habe mir immer eine Roboterhand vorgestellt, die unter einer Küchenschrank-Schiene hängt und daran entlanggleitet
  • Wie wäre es vielleicht mit einem Tentakel-Stil?
• Pollen Robotics und HuggingFace leisten derzeit viel für den Fortschritt im Robotikbereich
  • Ich frage mich, ob sich der Roboter von HuggingFace wirklich verbreiten wird. Mir ist auch aufgefallen, dass sich seine Augen/Kameras im Betrieb nach hinten zum Nacken drehen, wenn er in den „Schlafmodus“ geht
• Kennt jemand andere Open-Source-Projekte, die einem Exoskelett oder Assistenzgerät ähneln?
  • theopenexo.nau.edu
  • Ursprünglich wurde die Technik entwickelt, um Ermüdung in Handgelenk und Arm beim Tragen von Raumanzügen zu verringern. Nach meinem letzten Stand wurde das Projekt 2020 aus verschiedenen Gründen eingestellt
• Die meisten Dinge auf der Welt sind für Menschen entworfen, deshalb ist es erfreulich zu sehen, dass sich Robotertechnik in diese Richtung weiterentwickelt
  • Das ist einer der Gründe, warum die Aktienkurse der meisten kürzlich börsennotierten Robotikfirmen steigen
• Weiß jemand, ob es einen besonderen konstruktiven Grund gibt, warum diese Roboterhand nur 4 statt 5 Finger hat, und welche Trade-offs sich daraus ergeben? Als ich das Projekt vor ein paar Tagen auf Twitter gesehen habe, hatte ich dieselbe Frage. Gemäß BOM scheint ein Finger etwa 10 $ Kosten zu sparen
  • Wenn man die Dicke der Hand vorerst außer Acht lässt, also auf Servomotor-Niveau, und nur die Breite der Handfläche betrachtet, ist diese Vierfingerhand auf Höhe der Knöchel etwas unter 4 Zoll breit. Schon das entspricht bei Handschuhgrößen für Menschen etwa „X-Large“. Ein SCS0009-Servo ist pro Stück etwa 1/2 Zoll breit, und pro Finger werden 2 benötigt. Wenn man noch einen Finger hinzufügt, kommt man auf 5 Zoll Breite, also eher in Richtung „3X-Large“.
  • Es scheint, dass die Breite der Servos für den Antrieb jedes Fingers den Abstand zwischen den Fingern bestimmt. Mit fünf Fingern wäre die Hand wohl zu breit und etwas unhandlich geworden
• Ich würde diese Roboterhand gern für Halloween bauen und als Thing dekorieren, also als die bewegliche Handfigur aus der Addams Family
• Ich frage mich, ob man Sehnen durch den gesamten Arm führen könnte, um das Gesamtgewicht zu reduzieren
  • Will Cogley hat mehrere Designs für seilzugbasierte Roboterhände gebaut
    • Will Cogley auf YouTube
    • Will Cogleys Notion-Material
  • Die meisten Materialien für solche Sehnen sind elastisch, was Kalibrierungsprobleme verursacht, und man braucht propriozeptive Sensoren in der Hand
• Letztlich ist die wichtigste Frage, wie schwer diese Hand heben kann. Wenn sie zum Beispiel 0,5 Pfund heben kann, was müsste sich ändern, um 10, 20 oder 30 Pfund zu schaffen?
  • Die Hand ist zum Greifen da, der Arm zum Heben. Deshalb kann eine Hand ohne Arm nur schwer große Kräfte aufbringen
• Ein sehr cooles Projekt. Aber um eine Leistung zu erreichen, die einer echten Hand ähnelt, bräuchte man meiner Meinung nach mindestens zwei sehr empfindliche Sensorarten über die gesamte Handfläche: Druck und Temperatur
  • Stimme voll zu. Schon ein Drucksensor allein wäre fürs Erste ein guter Anfang