TAKTO ONE is een geavanceerd open-source handexoskelet dat is ontworpen om de menselijke hand nauwkeurig te digitaliseren en aan te sturen. In tegenstelling tot camera-tracking of flexsensoren maakt het systeem gebruik van twaalf magnetische encoders op de gewrichten, waardoor het ongevoelig is voor occlusie en drift.
Kernonderdelen van het systeem:
- Hardware: Het project maakt gebruik van een Teensy 4.1 controller, twee custom PCB's (Palm Carrier en Encoder Board) en 3D-geprinte onderdelen.
- Functionaliteiten: Het apparaat ondersteunt zowel Motion Capture (gegevensloggen naar SD-kaart) als Teleoperatie (het aansturen van de hand via servo's).
- Software & Interfaces: Er is een uitgebreid ecosysteem aanwezig, inclusief een web-based digitale tweeling, een mobiele companion app en LUMEN, een AR-laag voor ruimtelijke weergave via WebXR.
- EMG-integratie: Door MyoWare 2.0 spiersensoren te integreren, kan het systeem spieractiviteit synchroniseren met bewegingsdata voor het trainen van intentie-modellen.
Het systeem is beschikbaar in twee varianten: TAKTO Lite (alleen sensing) en TAKTO ONE (volledig met actuatie). Mogelijke toepassingen zijn onder meer robotbesturing, revalidatie en gebarentaalherkenning, zoals aangetoond met het TAKTO-SIGN project.
TAKTO ONE: Open-source handexoskelet
De digitale tweeling en interface
Via takto.one is het project in de browser te ervaren. Hier is het apparaat in 3D te zien, samen met een live digitale tweeling en een console, zonder dat er hardware nodig is.
Kenmerken van de webinterface
- Interactieve weergave: De hoofdpagina toont het apparaat in drie verschillende afwerkingen, de zes hoofdonderdelen, technische specificaties en een volledige 360°-draai.
- Operator Console: Toont de volledige arm in de ruimte, waarbij de vingers van de tweeling openen en sluiten. Het toont twaalf encoderkanalen, de motoren en een krachtmeter. Bij afwezigheid van hardware draait de console op gesimuleerde data.
- Privacy en Performance: Het platform is privacy-vriendelijk (geen cookies, analytics of trackers). De site is snel, wordt geserveerd via Cloudflare's edge over HTTP/3 en maakt gebruik van een gecomprimeerd 3D-model.
- Build-script: De site kan worden gebundeld en geminimaliseerd met het script
node software/web/tools/build-site.mjs <outDir>.
Waarom een handexoskelet?
De menselijke hand is de interface met de hoogste bandbreedte die we bezitten, maar machines lezen deze vaak slecht. Camera's verliezen vingers zodra ze elkaar kruisen, buigen of uit beeld gaan. Handschoenen met flexsensoren vertonen drift.
TAKTO ONE lost dit op door een magnetische encoder op elk gewricht te plaatsen (drie per vinger, twaalf in totaal). Hierdoor is de meting ongevoelig voor occlusie, belichting of de positie van de gebruiker. Omdat de microcontroller de motorbus beheert, kan het apparaat acties uitvoeren zonder dat er een computer in de lus hoeft te zitten.
Functionaliteiten
Het platform biedt momenteel twee hoofdfuncties:
Motion Capture
De firmware logt gegevens naar de SD-kaart van de Teensy (één rij per frame). Dit omvat:
- Alle veertien encoderkanalen.
- Quaternions van de hand, onderarm en duim.
- EMG-envelope en RMS.
- De kroon en volledige motor-telemetrie.
Omdat de sensoracquisitie direct naar de SD-kaart, de seriële stream en het display gaat, kunnen het logboek en de live weergave nooit uiteenlopen.
Teleoperatie en assistentie
De besturingswet draait op de Teensy in drie modi:
- Idle: Ruststand.
- Direct current: Directe aansturing.
- Blend: Een overgang tussen transparent (het apparaat volgt de drager) en assist (het apparaat stuurt richting een setpoint).
Deze parameters (setpoints, gains en stroomlimieten) zijn beschikbaar via het seriële protocol, waardoor één hand een andere hand kan aansturen.
Hardware en Elektronica
Het systeem maakt gebruik van twee op maat gemaakte printplaten, ontworpen in KiCad.
Palm Carrier
Deze plaat is gevormd naar de gebogen handpalm. Twee TCA9548A I²C-multiplexers verdelen de bus over veertien encoderkanalen: twaalf voor de gewrichten en twee gereserveerd voor de duim. Let op: Er is een bekend erratum waarbij de SDA- en SCL-netlabels van de tweede multiplexer op kanalen 8 tot 13 zijn omgewisseld.
Encoder Board
Er is één bord per gewricht. Deze bevatten een AS5600 magnetische hoeksensor, gecentreerd onder een opening zodat de magneet van het gewricht precies op de as van de sensor ligt.
De interface voor de servo-bus (74HC241) is gescheiden van deze borden.
Software-ecosysteem
Session Replay
Opnames van handbewegingen kunnen worden afgespeeld in een 4D-scène. De viewer herbouwt de sessie met het echte GLB-model, waarbij de twaalf gewrichtshoeken, het 6-DoF-pad van de pols en de omgeving (indien beschikbaar via een environment mesh) worden weergegeven.
LUMEN: De AR-laag
LUMEN is een ruimtelijke laag die de hand-tweeling en de bijbehorende data in de fysieke ruimte plaatst in plaats van op een monitor. Het werkt via WebXR (bijvoorbeeld op een Meta Quest 3S). Er zijn vijf modi: atelier (de hub), twin, touch, rhythm en capture.
Phone Companion
Een mobiele applicatie (gebouwd met Expo voor iOS, Android en browser) waarmee men de tweeling kan volgen, sessies kan afspelen en de twaalf gewrichten en het activatiekanaal live kan uitlezen.
On-device Display
De Teensy stuurt een rond display aan. De firmware bevat een eigen rasterizer voor de "thesis"-interface, beschikbaar in drie kleuren (Sapphire Depth, Graphite en Amber). Het scherm animeert statusinformatie zoals batterij, kalibratie, fouten, opnames en teleoperatie.
EMG in de lus
Naast positie meet TAKTO ONE ook spieractiviteit via een MyoWare 2.0 spiersensor.
- Hardware: Een standaard drie-leads opstelling met Ag/AgCl snap-interface voor disposable gel-elektroden.
- Verwerking: De firmware oversampled de envelope op ongeveer 1 kHz tussen 50 Hz frames en reduceert dit tot een gemiddelde envelope plus RMS.
- Doel: Door encoders (wat de hand deed), IMU's (hoe de hand bewoog) en EMG (wat de drager bedoelde) op één klok te synchroniseren, ontstaat waardevolle trainingsdata voor intentie-modellen.
Praktijkvoorbeeld: TAKTO-SIGN
Een bewijs van de veelzijdigheid van het platform is TAKTO-SIGN: een stack voor het vastleggen, trainen en live herkennen van de Duitse gebarentaal. Het systeem registreert vingerbuigingen en handoriëntatie op 60 Hz. Dit is een signer-afhankelijke herkenner van geïsoleerde tekens en geen open-vocabulaire vertaling.
Toekomstmogelijkheden
Het open-sourcen van het platform maakt parallelle ontwikkeling mogelijk in de volgende richtingen:
- Robotbesturing: Het aansturen van een robotarm op afstand (bijv. onderwater of in gevaarlijke omgevingen).
- Dataset-creatie: Het bouwen van een grootschalige, gedeelde dataset van handbewegingen.
- Force Feedback: Per vinger variabele weerstand implementeren (bijv. het voelen van zachte weefsels of gewicht).
- Revalidatie: Objectieve meting van de bewegingsvrijheid en actieve ondersteuning bij bewegingen.
- Precisiebesturing: Gebruik van de handschoen voor machinebesturing in situaties waar touchscreens of joysticks onbruikbaar zijn.
Technische Specificaties
| Component | Specificatie |
|---|
| Mechanisme | Peesaandrijving, vier geïnstrumenteerde lange-vinger assemblages |
| Actuatie | Series-elastic via elastische pezen en ratchet-gebaseerde spoelen |
| Gewrichtssensing | 12 × AS5600 magnetische encoders (3 per vinger) |
| EMG | Embedded Ag/AgCl interface; envelope + RMS per frame |
| Controller | Teensy 4.1 |
| Motorbus | Dynamixel Protocol 2.0 via 74HC241 half-duplex interface (geen host PC nodig) |
| Elektronica | 2 custom PCB's (KiCad) |
| Interface | Browser-console met live 3D-tweeling via serial → WebSocket bridge |
| Structuur | 3D-geprint (mix van PETG en PLA) |
| Actuatie-capaciteit | Ontworpen voor 10 servo's (2 per vinger) |
| Onderdelen | 71 geprinte delen, 12 encoder-boards, 10 servo-bays |
Kostenoverzicht
Er zijn twee versies mogelijk vanuit dezelfde bestanden:
1. TAKTO Lite (Alleen sensing)
- Functionaliteit: Leest de hand (12 encoders, 2 IMU's, EMG), on-device display, SD-logging, live tweeling.
- Kosten onderdelen: € 164,48 + PCB's ($ 170,73).
2. TAKTO ONE (Volledig)
- Functionaliteit: Alles van Lite, plus servo's die de vingers via pezen aansturen.
- Kosten onderdelen: € 1.222,25 + PCB's ($ 170,73).
Aan de slag
Men kan de volledige stack verkennen via simulatie zonder hardware:
git clone https://github.com/molanocortes/takto-one.git
cd takto-one
python3 -m http.server 8096 --directory software/console/app
# Open daarna http://localhost:8096/
Bouwstappen:
- Onderdelen bestellen:
docs/BOM.md
- Onderdelen printen:
cad/README.md
- Borden bestellen en bedraden:
electronics/README.md
- Teensy flashen:
firmware/README.md
- Tweeling verbinden met hardware:
software/README.md
Huidige Status (per 14 oktober 2026)
- Ontwerp vs. Prototype: Het systeem is ontworpen voor 10 motoren, maar het huidige prototype is (vanwege budget) gebouwd met twee motoren op één vinger.
- Hardware verificatie: De firmware draait op het apparaat. De Teensy stuurt de Dynamixel-bus aan. Alle twaalf magnetische encoders zijn live getest en voeden de browser-tweeling in real-time.
- Beperkingen: De series-elastic actuatie is een eenvoudige implementatie. Kracht-rendering, transparantiecontrole en assistentie-gedrag zijn nog niet gekarakteriseerd door metingen.
Snelheden en Rates
Om misverstanden te voorkomen, worden vier verschillende snelheden onderscheiden:
- Browser console: 60 Hz (display rate).
- Firmware streaming: 50 Hz (standaard seriële rate).
- Embedded control loop: Tot 2 kHz (draait op de Teensy).
- On-device capture: Ongebonden aan bovenstaande; logging kan aanzienlijk sneller lopen dan de console-weergave.
Veiligheid
TAKTO ONE is een experimenteel onderzoeksprototype. Het is geen medisch hulpmiddel en geen gecertificeerd beschermingsproduct. Gebruik het niet voor diagnose, behandeling, onbegeleide revalidatie of veiligheidskritische operaties.
Test het apparaat altijd eerst buiten het lichaam, begin met uitgeschakelde torque en bevestig de mechanische limieten voordat u het draagt.
Veelgestelde vragen (FAQ)
Wat is TAKTO ONE? Een open-source handexoskelet dat twaalf vingergewrichten meet met magnetische encoders en deze aanstuurt via servo's op de onderarm. Ontworpen door Sebastian Molano voor zijn masterthesis in biomedische technologie aan de Hochschule Anhalt.
Kan ik het bouwen zonder motoren? Ja, dit wordt de TAKTO Lite genoemd. Deze is gericht op sensing en kan later worden uitgebreid naar de volledige TAKTO ONE.
Hoe verschilt het van camera-tracking of flex-sensors? Camera's hebben last van occlusie (vingers die elkaar overlappen) en flex-sensors vertonen drift. Magnetische encoders op het gewricht zelf meten altijd accuraat, ongeacht zichtbaarheid.
Werkt het in VR of AR? Ja, via het LUMEN-prototype in WebXR. De bewegingen worden aangestuurd door de eigen encoders en IMU's, niet door de handtracking van de headset.
Is het een medisch hulpmiddel? Nee, het is een onderzoeksprototype en niet gecertificeerd voor klinisch gebruik.
Licenties
- Hardware: CERN-OHL-S-2.0 (Sterk reciproque: modificaties moeten openbaar worden gemaakt).
- Software: Apache-2.0.
- Documentatie en Media: CC BY 4.0.
- Merknaam: TAKTO en TAKTO ONE zijn handelsmerken van Sebastian Molano en zijn niet onderdeel van de licenties. Gebruik bij commerciële of gemodificeerde versies een eigen naam.
TAKTO ONE: Open-source handexoskelet
De digitale tweeling en interface
Via takto.one is het project in de browser te ervaren. Hier is het apparaat in 3D te zien, samen met een live digitale tweeling en een console, zonder dat er hardware nodig is.
Kenmerken van de webinterface
- Interactieve weergave: De hoofdpagina toont het apparaat in drie verschillende afwerkingen, de zes hoofdonderdelen, technische specificaties en een volledige 360°-draai.
- Operator Console: Toont de volledige arm in de ruimte, waarbij de vingers van de tweeling openen en sluiten. Het toont twaalf encoderkanalen, de motoren en een krachtmeter. Bij afwezigheid van hardware draait de console op gesimuleerde data.
- Privacy en Performance: Het platform is privacy-vriendelijk (geen cookies, analytics of trackers). De site is snel, wordt geserveerd via Cloudflare's edge over HTTP/3 en maakt gebruik van een gecomprimeerd 3D-model.
- Build-script: De site kan worden gebundeld en geminimaliseerd met het script
node software/web/tools/build-site.mjs <outDir>.
Waarom een handexoskelet?
De menselijke hand is de interface met de hoogste bandbreedte die we bezitten, maar machines lezen deze vaak slecht. Camera's verliezen vingers zodra ze elkaar kruisen, buigen of uit beeld gaan. Handschoenen met flexsensoren vertonen drift.
TAKTO ONE lost dit op door een magnetische encoder op elk gewricht te plaatsen (drie per vinger, twaalf in totaal). Hierdoor is de meting ongevoelig voor occlusie, belichting of de positie van de gebruiker. Omdat de microcontroller de motorbus beheert, kan het apparaat acties uitvoeren zonder dat er een computer in de lus hoeft te zitten.
Functionaliteiten
Het platform biedt momenteel twee hoofdfuncties:
Motion Capture
De firmware logt gegevens naar de SD-kaart van de Teensy (één rij per frame). Dit omvat:
- Alle veertien encoderkanalen.
- Quaternions van de hand, onderarm en duim.
- EMG-envelope en RMS.
- De kroon en volledige motor-telemetrie.
Omdat de sensoracquisitie direct naar de SD-kaart, de seriële stream en het display gaat, kunnen het logboek en de live weergave nooit uiteenlopen.
Teleoperatie en assistentie
De besturingswet draait op de Teensy in drie modi:
- Idle: Ruststand.
- Direct current: Directe aansturing.
- Blend: Een overgang tussen transparent (het apparaat volgt de drager) en assist (het apparaat stuurt richting een setpoint).
Deze parameters (setpoints, gains en stroomlimieten) zijn beschikbaar via het seriële protocol, waardoor één hand een andere hand kan aansturen.
Hardware en Elektronica
Het systeem maakt gebruik van twee op maat gemaakte printplaten, ontworpen in KiCad.
Palm Carrier
Deze plaat is gevormd naar de gebogen handpalm. Twee TCA9548A I²C-multiplexers verdelen de bus over veertien encoderkanalen: twaalf voor de gewrichten en twee gereserveerd voor de duim. Let op: Er is een bekend erratum waarbij de SDA- en SCL-netlabels van de tweede multiplexer op kanalen 8 tot 13 zijn omgewisseld.
Encoder Board
Er is één bord per gewricht. Deze bevatten een AS5600 magnetische hoeksensor, gecentreerd onder een opening zodat de magneet van het gewricht precies op de as van de sensor ligt.
De interface voor de servo-bus (74HC241) is gescheiden van deze borden.
Software-ecosysteem
Session Replay
Opnames van handbewegingen kunnen worden afgespeeld in een 4D-scène. De viewer herbouwt de sessie met het echte GLB-model, waarbij de twaalf gewrichtshoeken, het 6-DoF-pad van de pols en de omgeving (indien beschikbaar via een environment mesh) worden weergegeven.
LUMEN: De AR-laag
LUMEN is een ruimtelijke laag die de hand-tweeling en de bijbehorende data in de fysieke ruimte plaatst in plaats van op een monitor. Het werkt via WebXR (bijvoorbeeld op een Meta Quest 3S). Er zijn vijf modi: atelier (de hub), twin, touch, rhythm en capture.
Phone Companion
Een mobiele applicatie (gebouwd met Expo voor iOS, Android en browser) waarmee men de tweeling kan volgen, sessies kan afspelen en de twaalf gewrichten en het activatiekanaal live kan uitlezen.
On-device Display
De Teensy stuurt een rond display aan. De firmware bevat een eigen rasterizer voor de "thesis"-interface, beschikbaar in drie kleuren (Sapphire Depth, Graphite en Amber). Het scherm animeert statusinformatie zoals batterij, kalibratie, fouten, opnames en teleoperatie.
EMG in de lus
Naast positie meet TAKTO ONE ook spieractiviteit via een MyoWare 2.0 spiersensor.
- Hardware: Een standaard drie-leads opstelling met Ag/AgCl snap-interface voor disposable gel-elektroden.
- Verwerking: De firmware oversampled de envelope op ongeveer 1 kHz tussen 50 Hz frames en reduceert dit tot een gemiddelde envelope plus RMS.
- Doel: Door encoders (wat de hand deed), IMU's (hoe de hand bewoog) en EMG (wat de drager bedoelde) op één klok te synchroniseren, ontstaat waardevolle trainingsdata voor intentie-modellen.
Praktijkvoorbeeld: TAKTO-SIGN
Een bewijs van de veelzijdigheid van het platform is TAKTO-SIGN: een stack voor het vastleggen, trainen en live herkennen van de Duitse gebarentaal. Het systeem registreert vingerbuigingen en handoriëntatie op 60 Hz. Dit is een signer-afhankelijke herkenner van geïsoleerde tekens en geen open-vocabulaire vertaling.
Toekomstmogelijkheden
Het open-sourcen van het platform maakt parallelle ontwikkeling mogelijk in de volgende richtingen:
- Robotbesturing: Het aansturen van een robotarm op afstand (bijv. onderwater of in gevaarlijke omgevingen).
- Dataset-creatie: Het bouwen van een grootschalige, gedeelde dataset van handbewegingen.
- Force Feedback: Per vinger variabele weerstand implementeren (bijv. het voelen van zachte weefsels of gewicht).
- Revalidatie: Objectieve meting van de bewegingsvrijheid en actieve ondersteuning bij bewegingen.
- Precisiebesturing: Gebruik van de handschoen voor machinebesturing in situaties waar touchscreens of joysticks onbruikbaar zijn.
Technische Specificaties
| Component | Specificatie |
|---|
| Mechanisme | Peesaandrijving, vier geïnstrumenteerde lange-vinger assemblages |
| Actuatie | Series-elastic via elastische pezen en ratchet-gebaseerde spoelen |
| Gewrichtssensing | 12 × AS5600 magnetische encoders (3 per vinger) |
| EMG | Embedded Ag/AgCl interface; envelope + RMS per frame |
| Controller | Teensy 4.1 |
| Motorbus | Dynamixel Protocol 2.0 via 74HC241 half-duplex interface (geen host PC nodig) |
| Elektronica | 2 custom PCB's (KiCad) |
| Interface | Browser-console met live 3D-tweeling via serial → WebSocket bridge |
| Structuur | 3D-geprint (mix van PETG en PLA) |
| Actuatie-capaciteit | Ontworpen voor 10 servo's (2 per vinger) |
| Onderdelen | 71 geprinte delen, 12 encoder-boards, 10 servo-bays |
Kostenoverzicht
Er zijn twee versies mogelijk vanuit dezelfde bestanden:
1. TAKTO Lite (Alleen sensing)
- Functionaliteit: Leest de hand (12 encoders, 2 IMU's, EMG), on-device display, SD-logging, live tweeling.
- Kosten onderdelen: € 164,48 + PCB's ($ 170,73).
2. TAKTO ONE (Volledig)
- Functionaliteit: Alles van Lite, plus servo's die de vingers via pezen aansturen.
- Kosten onderdelen: € 1.222,25 + PCB's ($ 170,73).
Aan de slag
Men kan de volledige stack verkennen via simulatie zonder hardware:
git clone https://github.com/molanocortes/takto-one.git
cd takto-one
python3 -m http.server 8096 --directory software/console/app
# Open daarna http://localhost:8096/
Bouwstappen:
- Onderdelen bestellen:
docs/BOM.md
- Onderdelen printen:
cad/README.md
- Borden bestellen en bedraden:
electronics/README.md
- Teensy flashen:
firmware/README.md
- Tweeling verbinden met hardware:
software/README.md
Huidige Status (per 14 oktober 2026)
- Ontwerp vs. Prototype: Het systeem is ontworpen voor 10 motoren, maar het huidige prototype is (vanwege budget) gebouwd met twee motoren op één vinger.
- Hardware verificatie: De firmware draait op het apparaat. De Teensy stuurt de Dynamixel-bus aan. Alle twaalf magnetische encoders zijn live getest en voeden de browser-tweeling in real-time.
- Beperkingen: De series-elastic actuatie is een eenvoudige implementatie. Kracht-rendering, transparantiecontrole en assistentie-gedrag zijn nog niet gekarakteriseerd door metingen.
Snelheden en Rates
Om misverstanden te voorkomen, worden vier verschillende snelheden onderscheiden:
- Browser console: 60 Hz (display rate).
- Firmware streaming: 50 Hz (standaard seriële rate).
- Embedded control loop: Tot 2 kHz (draait op de Teensy).
- On-device capture: Ongebonden aan bovenstaande; logging kan aanzienlijk sneller lopen dan de console-weergave.
Veiligheid
TAKTO ONE is een experimenteel onderzoeksprototype. Het is geen medisch hulpmiddel en geen gecertificeerd beschermingsproduct. Gebruik het niet voor diagnose, behandeling, onbegeleide revalidatie of veiligheidskritische operaties.
Test het apparaat altijd eerst buiten het lichaam, begin met uitgeschakelde torque en bevestig de mechanische limieten voordat u het draagt.
Veelgestelde vragen (FAQ)
Wat is TAKTO ONE? Een open-source handexoskelet dat twaalf vingergewrichten meet met magnetische encoders en deze aanstuurt via servo's op de onderarm. Ontworpen door Sebastian Molano voor zijn masterthesis in biomedische technologie aan de Hochschule Anhalt.
Kan ik het bouwen zonder motoren? Ja, dit wordt de TAKTO Lite genoemd. Deze is gericht op sensing en kan later worden uitgebreid naar de volledige TAKTO ONE.
Hoe verschilt het van camera-tracking of flex-sensors? Camera's hebben last van occlusie (vingers die elkaar overlappen) en flex-sensors vertonen drift. Magnetische encoders op het gewricht zelf meten altijd accuraat, ongeacht zichtbaarheid.
Werkt het in VR of AR? Ja, via het LUMEN-prototype in WebXR. De bewegingen worden aangestuurd door de eigen encoders en IMU's, niet door de handtracking van de headset.
Is het een medisch hulpmiddel? Nee, het is een onderzoeksprototype en niet gecertificeerd voor klinisch gebruik.
Licenties
- Hardware: CERN-OHL-S-2.0 (Sterk reciproque: modificaties moeten openbaar worden gemaakt).
- Software: Apache-2.0.
- Documentatie en Media: CC BY 4.0.
- Merknaam: TAKTO en TAKTO ONE zijn handelsmerken van Sebastian Molano en zijn niet onderdeel van de licenties. Gebruik bij commerciële of gemodificeerde versies een eigen naam.
Groetjes,