摘 要

机械手臂是机器人重要的构成部件之一，机械手臂的控制所涉及许多技术，包括电子、机械设计、自动控制技术、传感器技术、计算机技术等等，是一项多门学科的综合控制技术，体现了机电一体化多门学科交叉结合、相互渗透的特点。如今由于工业自动化控制的迅速发展，机械手臂成为了不可或缺的一部分，在工业生产领域得到了越来越广泛的应用。 本次设计的主要目的是自主学习和探究。设计的核心是应用Arduino控制板，通过改变舵机的运动角度完成机械手臂的动作。机械设计部分主要利用CAXA来制图，根据图纸来手工打造机械手臂。程序设计是利用Arduino的开发环境进行程序编辑，软件部分是运用Arduino UNO自带的程序开发平台。

关键词：机械手臂、舵机、Arduino、Arduino UNO

Abstract

The mechanical arm is one of the important components of robot, The control of mechanical arm involves many technologies , including electronic, mechanical design, automatic control technology, sensor technology, computer technology and so on , it is a multidisciplinary integrated control technology, embodies mechanical and electronic features that multidisciplinary are combined and infiltrated. Nowadays, with the rapid development of industrial automation control, mechanical arm has become integral part in industrial production , also it has been more and more widely used in the field of industrial production.

The main purpose of this design is to learn and explore , The core of the design is the application of Arduino control board , by changing the steering angle of the steering gear to complete the action of the mechanical arm. Mechanical design of the main use CAXA to drawing, according to the drawings to create a robotic arm by hand. The program design is to use the Arduino development environment for program editing, the software is mainly used to bring program Arduino UNO panel development platform.

Key Words：mechanical arm;Arduino;steering engine;Arduino UNO

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3 课题内容及预期目标 2

第二章 硬件设计 3

2.1 机械手臂的构成 3

2.2 底座 3

2.3 臂部 4

2.3.1 支撑臂设计 4

2.3.2 大臂设计 5

2.4 腕部设计 5

2.5 舵机固定座设计 6

2.6 手部设计 7

2.7 传动轴 10

2.8 本章小结 11

第三章 硬件的选型 12

3.1 舵机控制原理 12

3.1.1 概述 12

3.1.2 工作原理 12

3.1.3舵机的选型 13

3.2 Arduino UNO R3控制板 13

3.2.1 简介 13

3.2.2 各引脚作用 13

3.2.3供电方式 14

3.2.4、注意要点 15

3.3、Arduino扩展板 15

3.4 电源的选择 16

3.5 本章小结 16

第四章 软件部分 17

4.1 Arduino 17

4.2 控制流程图 17

4.3 机械手臂的程序设计 18

4.3.1 程序函数 18

4.3.2 机械手臂控制程序 19

4.4软件和硬件的联合调试 20

4.4.1 舵机初始值的设定 20

4.4.2 机械手臂控制程序的调试 23

4.5 本章小结 24

总结 25

参考文献 26

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

在21世纪的今天，世界经济和技术得到很好的发展，科学技术在生活当中传播的非常迅速，随着机器人系列电影的放映，促使了更多的人对机器人产生了浓厚的兴趣，人类求知欲和探索科学的精神不断的增加，经过科学家对机器人的深入研究，出现了许多创新型机械手臂，机器人得以进军到了生产和生活的各个领域中，各种各样的机器人产品随之出现^[1]。在工业生产当中不仅可以提高生产率，节约材料消耗的同时还可以降低成本有着十分重要的意义。由于机械手臂的精度非常高，机械手臂也在医学机械方面得到了广泛的应用，这使得医疗事故的情况大大减少，对人的身体健康也起到不不可忽视的作用。机械手臂的出现让我们的生活实现了真正意义上的自动化，代替了很多繁琐又耗人力的劳动，并可以达到高效、精准、快速的效果。对于机械手臂来说主要核心技术应该是它控制系统，控制智能电子产品的主要核心部件是单片机^[2][3]，是一项综合了许多技术的集合体，包含着硬件设计和软件编程的许多内容，随着各种高性能、高集成度、低成本的新型单片机的出现，这将会使机器人领域方面得更好的发展^[4]。而对于Arduino控制系统^[5]来说，编程方便，省去对函数的如何实现问题，使用Arduino控制系统还可以二次开发，程序可按照自己的需要实现的功能来编译和修改，价格实惠又实用，还可以与传感器，摇杆等控制程序的电子元件连接，支持多样的互动程序^[6][7]。一个良好的控制系统更使制造出来的达到一个新的高度。所以在此领域追求卓越，深入探究就显得尤为重要。

1.2 国内外发展现状