基于Arduino機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

唐皓 金亞玲* 沈陽工學(xué)院

引言：近幾十年來，國內(nèi)國外的機(jī)械臂行業(yè)發(fā)展尤為迅猛，它可以提高流水線產(chǎn)品品質(zhì)，提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。大大改善了人們的勞動(dòng)條件，對產(chǎn)品的更新?lián)Q代也是起著不可或缺的作用。本文通過一些單片機(jī)方面的技術(shù)和工具，模擬實(shí)現(xiàn)生活中常用機(jī)械臂的功能，做出一個(gè)簡易機(jī)械臂作為學(xué)習(xí)研究的工具。

1 Arduino開發(fā)板

Arduino開發(fā)板是一類便捷靈活，方便上手的開源電子硬件平臺(tái)，包括一系列的硬件和軟件。其原名Arduino是意大利語中男性的常用名，原意是強(qiáng)壯的朋友。而這類硬件產(chǎn)品正如它名字所描述的那樣，十分強(qiáng)壯可靠。適用于工程師行業(yè)進(jìn)行快速的產(chǎn)品研發(fā)，也為藝術(shù)家，設(shè)計(jì)師等一部分現(xiàn)代創(chuàng)客提供更為便捷的開發(fā)平臺(tái)，它被廣大創(chuàng)客所運(yùn)用，生產(chǎn)了許多新式產(chǎn)品。

2 設(shè)計(jì)思想

本作品主題思想是設(shè)計(jì)一款基于Arduino平臺(tái)，使用外部控制器控制舵機(jī)運(yùn)行的機(jī)械臂。主板方面選擇了Arduino中的uno型號(hào)。作為Arduino平臺(tái)的經(jīng)典型號(hào)，UNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口，其中6路可作為PWM輸出，6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。機(jī)械臂材質(zhì)采用了PVC材料，在輕便的同時(shí)也具有可塑性，可以在專業(yè)門店采購。利用舵機(jī)控制臂體，也方便了在后期使用過程中設(shè)備維護(hù)和更換。

3 主板的選擇

Arduino，作為開源的平臺(tái)，其簡易性和可開發(fā)性深受廣大硬件愛好的推崇。個(gè)人認(rèn)為它的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)：經(jīng)過封裝的函數(shù)和函數(shù)庫，便于使用。開源的平臺(tái)，更容易查找相關(guān)資料。使用范圍廣泛，可以和同行業(yè)人士交流學(xué)習(xí)。

Arduino基本透明掉了硬件部分，因此Arduino板集成了眾多的端口方便使用者進(jìn)行二次開發(fā)，其擴(kuò)展口部分如圖1所示。

圖1 主板擴(kuò)展口示意圖

4 機(jī)械臂操作實(shí)現(xiàn)

作為機(jī)械臂，其設(shè)計(jì)理念是讓舵機(jī)接受搖桿信號(hào)進(jìn)行運(yùn)作，并根據(jù)信號(hào)變化調(diào)整角度。首先，我們需要設(shè)定開機(jī)時(shí)舵機(jī)的基礎(chǔ)角度，這樣的設(shè)計(jì)一則為了檢測開機(jī)時(shí)舵機(jī)的工作性能，二則是直接預(yù)設(shè)角度，方便操作。在啟動(dòng)之后，通過搖桿，控制舵機(jī)，其大體流程如下圖2所示。

圖2 機(jī)械臂的運(yùn)作大體流程

總結(jié)：Arduino這一平臺(tái)則提供了這些條件，幾乎零基礎(chǔ)的硬件條件，容納了那些零經(jīng)驗(yàn)新人，各種可視化的代碼程序?yàn)榫帉懘a提供便捷。相信以后Arduino也會(huì)迎來許許多多的粉絲。