迎和高校開展機(jī)械手臂合作教學(xué)

前言：

機(jī)械手是指能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全。

所以學(xué)習(xí)機(jī)械手的控制和使用，對(duì)機(jī)器人制作和各類機(jī)器人競(jìng)賽有著重要的作用和意義。

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機(jī)械手臂簡(jiǎn)介：

就本產(chǎn)品而言，伺服機(jī)器手臂，顧名思義，是由六個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器手臂。既然是手臂，那么就有幾個(gè)關(guān)節(jié)，大家可以聯(lián)想到，我們?nèi)祟惖氖直郏思纭⒅狻⑼筮@三個(gè)關(guān)節(jié)外，再加上手指的關(guān)節(jié)，就有很多個(gè)關(guān)節(jié)了。那么我們這個(gè)機(jī)器手臂也是一樣，用6個(gè)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)手的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，除了沒有人那么多的關(guān)節(jié)外，還缺少一些神經(jīng)組織和神經(jīng)系統(tǒng)，然而，具有“靈巧手”（可完成復(fù)雜裝配、搬運(yùn)或仿人手抓取雞蛋）的“仿人形”機(jī)器人乃機(jī)器人研究的前沿。

而我們的6個(gè)伺服機(jī)器，以巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)合它的控制系統(tǒng)，展示了6自由度機(jī)器手動(dòng)作的控制原理。它采用3個(gè)13kg扭力的金屬齒輪、一個(gè)3.2kg、兩個(gè)2.3kg的伺服和一些精密的鋁合金加工組件組合而成。目前，我公司的機(jī)器手臂以390mm長(zhǎng)度的為主，使用32路控制器來控制機(jī)器手臂的運(yùn)行動(dòng)作，本控制器采用atmega168 MCU,和電腦RS232串口通訊，可同時(shí)控制32顆伺服電機(jī)，雙電源供電（6~12V單片機(jī)供電，4.8~6V伺服電機(jī)供電[伺服電機(jī)供電分別設(shè)有1-16路和17-32路供電端口]），同時(shí)還設(shè)有wi-fi無線控制模塊，預(yù)留ISP下載口，用STK500 ISP下載線便可以下載MCU控制程序。

這套機(jī)器手臂，無論是robot fans做個(gè)人開發(fā)還是學(xué)生參賽，都是機(jī)器人愛好的合適的教育平臺(tái)。

夾持器改進(jìn)說明：

由于夾持器的張開角度和舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度成等比例關(guān)系。當(dāng)手爪加持不同大小的物體時(shí)，理想情況是，舵機(jī)可以根據(jù)不同物體的大小而改變自動(dòng)改變角度以適應(yīng)物體大小。但由于舵機(jī)手爪沒有壓力檢測(cè)傳感器反饋，當(dāng)我們控制手爪抓取物體時(shí)，如果舵機(jī)帶動(dòng)手爪轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于物體寬度時(shí)，舵機(jī)就會(huì)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，此時(shí)繼續(xù)加大扭矩，舵機(jī)就會(huì)因過載而燒掉。

為了解決這個(gè)問題，新款的二自由度舵機(jī)手爪（夾持器），參考汽車摩擦式離合器原理和結(jié)構(gòu)，為機(jī)械手爪增加了一個(gè)“摩擦盤”：在舵機(jī)和手爪中間，通過兩個(gè)圓盤摩擦連接，傳遞扭力。

只要我們?cè)O(shè)置合適的摩擦系數(shù)，當(dāng)舵機(jī)的遇到的阻力大于兩個(gè)圓盤摩擦力的時(shí)候，兩個(gè)圓盤發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，避免了舵機(jī)電流堵塞發(fā)生。當(dāng)舵機(jī)扭力小于摩擦力的時(shí)候，舵機(jī)帶動(dòng)夾持器完成物體抓取動(dòng)作。其原理圖和效果請(qǐng)看下圖：

機(jī)械手參數(shù)：

搬運(yùn)負(fù)載：≥300g
機(jī)器手臂：總長(zhǎng)度≥400mm
材料：鋁合金
舵機(jī)性能：
（1）4個(gè)伺服電機(jī)：
輸出力矩:≥10kg?cm
（2）2個(gè)伺服電機(jī)：
輸出力矩:≥2kg?cm

控制器參數(shù)：

（1）與電腦RS232串口通訊，可同時(shí)控制不少于30個(gè)伺服電機(jī)；
（2）雙電源供電；
（3）預(yù)留ISP下載口，wi-fi無線控制接口；

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電氣參數(shù)：

電機(jī)工作電壓：4.8-6.0V
控制器工作電壓：6.0-12V
工作電流：1.2-2.5A
搬運(yùn)負(fù)載：300-500g

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舵機(jī)性能簡(jiǎn)介：

1、手臂伺服舵機(jī)：
    尺 寸:40.4*19.8*36mm
    重 量:48g
    速 度:0.22sec/60°
    輸出力矩:13kg·cm
 
2、 手爪夾持器舵機(jī)：
    尺 寸:28x14x29.8mm 
    重 量:18g
    速 度:0.13sec/60°
    輸出力矩:2.3kg·cm

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機(jī)械手臂圖片和視頻：

32路伺服電機(jī)控制系統(tǒng)界面：

控制器介紹：

   

    1)如圖所示：從上往下看，電路板正面有三個(gè)電源輸入口，中間的為單片機(jī)的電源輸入。使用了7805將電壓穩(wěn)定在5V。因此輸入的電壓在6V到12V之間即可。兩側(cè)分別供應(yīng)16路伺服電電機(jī)的。輸入電壓在4。8V~6V之間。

    2)伺服電機(jī)插針為32排，每排3針。如圖上藍(lán)色字體所標(biāo)志，最外側(cè)的針是地，中間是電源，最內(nèi)側(cè)是信號(hào)針（接伺服電機(jī)上的白色或橙色線）。

    3)中間的跳線是設(shè)置波特率的，兩個(gè)跳線都插上，代表了的值是11，波特率是115.2k。若要設(shè)置其他波特綠請(qǐng)參考圖2所示。（上位機(jī)軟件默認(rèn)的設(shè)置是115。2K。）

產(chǎn)品配置：

    機(jī)械手臂  1臺(tái)

    機(jī)械手臂控制器  1臺(tái)（AVR單片機(jī)為主控制器，提供控制代碼）

    串口線     1條

    電池盒     1個(gè)

    光盤        1張

功能擴(kuò)展：

加裝到6WD車底盤上的“6自由度機(jī)械手”

資料下載：

6伺服電機(jī)多自由度機(jī)械手使用手冊(cè).pdf

大小：1.19MB

上傳日期：2011.01.17

六自由度機(jī)械手上位機(jī)軟件.rar

大小：152KB

上傳日期：2011.04.25

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產(chǎn)品配置：

配置	配件：	售價(jià)：
功能描述	1、6伺服機(jī)器手臂（3個(gè)12KG的金屬舵機(jī)，一個(gè)7.2KG的，兩個(gè)2.3KG的伺服電機(jī)）； 2、機(jī)器手臂控制器，可同時(shí)控制六臺(tái)機(jī)器手臂或32個(gè)伺服電機(jī)； 3、提供圖形化控制軟件，可控制機(jī)器手臂多個(gè)關(guān)節(jié)同時(shí)傳動(dòng)； 4、可自動(dòng)或手動(dòng)編輯/組合指令讓機(jī)械手臂完成相關(guān)動(dòng)作或操作； 5、可對(duì)機(jī)械手臂舵機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)角度、運(yùn)行速度做調(diào)整。	￥1980