一種多自由度桌面機(jī)械臂的制作方法

一種多自由度桌面機(jī)械臂的制作方法摘要本文提出了一種多自由度桌面機(jī)械臂的制作方法，通過簡(jiǎn)單的零件組裝和軟件調(diào)試，可以實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械臂進(jìn)行各種基本動(dòng)作和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。主要涉及到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路連接、程序開發(fā)等方面的內(nèi)容，為讀者進(jìn)行類似機(jī)械臂制作提供了一定的參考和指導(dǎo)意義。引言多自由度機(jī)械臂是在機(jī)器人領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一種機(jī)械裝置，通常由多個(gè)關(guān)節(jié)和連接部件組成，可以執(zhí)行空間中的各種運(yùn)動(dòng)操作，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、醫(yī)療服務(wù)、物流配送等領(lǐng)域。但是，市場(chǎng)上現(xiàn)有的多自由度機(jī)械臂大多價(jià)格昂貴，不適合初學(xué)者和普通用戶購(gòu)買和使用。因此，本文提出了一種簡(jiǎn)單易行的桌面機(jī)械臂制作方法，旨在幫助讀者了解機(jī)械臂基本原理和制作方法，打破繁瑣復(fù)雜的機(jī)械臂制作障礙。設(shè)計(jì)思路和流程機(jī)械臂的主要設(shè)計(jì)思路基于開源社區(qū)普及的Arduino控制板和各種常見驅(qū)動(dòng)模塊，使用此類模塊可以在不需要硬件設(shè)計(jì)的前提下實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的各種運(yùn)動(dòng)控制操作。具體設(shè)計(jì)流程分為以下幾個(gè)步驟：第一步：機(jī)械結(jié)構(gòu)制作機(jī)械臂整體設(shè)計(jì)：本機(jī)械臂采用4軸設(shè)計(jì)，即一個(gè)底座，兩個(gè)水平關(guān)節(jié)和一個(gè)垂直關(guān)節(jié)?；诖耍瑱C(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如下：```

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```按照上述設(shè)計(jì)尺寸，可以使用A4紙將實(shí)際大小打印出來，并將其用膠帶粘貼在以太網(wǎng)板上作為模板，方便后續(xù)部件的安裝。底座部分制作：由于底座是機(jī)械臂的支撐部分，需要足夠的重量和穩(wěn)定性來支撐機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。底座通常采用鋼板或鋁合金材料制作，但是為了降低制作成本，本設(shè)計(jì)采用鎳涂鉛膠體材料進(jìn)行制作。具體制作流程如下：-在底座下面焊接4個(gè)加強(qiáng)角鋼，作為承重部分，并用螺絲固定底座材料。

-從鎳涂鉛膠體材料中切割一個(gè)矩形形狀，尺寸為15cmx15cmx1cm，焊接在底座承重部位上，并用螺絲卡緊。

-在底座頂部中心切割一個(gè)圓孔，尺寸與模板上的底座圓孔尺寸相同，作為后續(xù)部件的固定點(diǎn)。機(jī)械臂關(guān)節(jié)部分制作：機(jī)械臂的關(guān)節(jié)部分主要包括多個(gè)連接桿、電機(jī)、舵機(jī)等驅(qū)動(dòng)部件。在本設(shè)計(jì)中，使用四個(gè)MG996R舵機(jī)進(jìn)行機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)，具體制作流程如下：-將關(guān)節(jié)連接桿通過螺紋固定在舵機(jī)輸出軸上，注意連接桿長(zhǎng)度和相鄰部件之間的空隙。

-將帶齒輪的傳動(dòng)桿通過螺紋固定在舵機(jī)輸入軸上，將傳動(dòng)桿之間通過帶齒輪的連接方式進(jìn)行連接。

-將盤旋連接桿通過螺紋固定在帶齒輪的傳動(dòng)桿上，將其加裝到底座頂部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。其余關(guān)節(jié)部分安裝方式均與此相似，可參考示意圖進(jìn)行組裝。第二步：電路連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接：機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)主要靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此需要連接多路控制電路，并通過程序進(jìn)行控制。本機(jī)械臂采用Arduino控制板進(jìn)行電路控制，使用Adafruit驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行舵機(jī)電機(jī)的連接控制。具體流程如下：-將Adafruit驅(qū)動(dòng)板與Arduino控制板進(jìn)行連接，使用線纜將兩板子的對(duì)應(yīng)引腳連接即可。

-將多路舵機(jī)電機(jī)通過線纜連接至Adafruit驅(qū)動(dòng)板之上、注意將顏色相符的引腳連接。傳感器模塊連接（可選）：為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的閉環(huán)控制和精準(zhǔn)操作，可以使用各種傳感器模塊對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，比如光電傳感器、紅外傳感器和壓力傳感器等。將傳感器進(jìn)行連接，與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相同。第三步：程序編寫Arduino控制板程序編寫：Arduino控制板程序編寫包括代碼編寫和上傳兩個(gè)部分，主要是將控制代碼適配Adafruit驅(qū)動(dòng)板的指令集和傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的各種控制。具體程序如下：```

#include<Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriverpwm=Adafruit_PWMServoDriver();

voidsetup(){

pwm.begin();

pwm.setPWMFreq(60);

}

voidloop(){

pwm.setPWM(0,0,150);

delay(500);

pwm.setPWM(1,0,150);

delay(500);

pwm.setPWM(2,0,150);

delay(500);

pwm.setPWM(3,0,150);

delay(500);

}

```此程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械臂四個(gè)舵機(jī)的控制，其中pwm.setPWMFreq(60)語(yǔ)句表示設(shè)置控制頻率為60Hz，pwm.setPWM(0,0,150)語(yǔ)句表示將0號(hào)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)至150位置。根據(jù)需求修改語(yǔ)句，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)、上下、前后等各種控制?；赑ython的上位機(jī)程序編寫：為了方便機(jī)械臂的實(shí)時(shí)操作，可以使用計(jì)算機(jī)編寫基于Python的上位機(jī)程序，通過串口與Arduino控制板進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)發(fā)送控制信號(hào)。具體程序內(nèi)容和編寫方法見本站博客其他文章?？偨Y(jié)綜上所述，本文提出了一種簡(jiǎn)單易