可編程自助取物機(jī)械臂

吳天皓

一、概述

1.研制背景：病人臥病在床時(shí)，行動(dòng)不便。因此我想設(shè)計(jì)一個(gè)可以讓病人進(jìn)行簡單自我照顧的產(chǎn)品，既給患者建立信心，也能減輕護(hù)理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.產(chǎn)品簡介：通過單片機(jī)控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)、伸縮和簡單抓取，通過增加伺服電機(jī)的數(shù)量及調(diào)整物理連桿的長度，實(shí)現(xiàn)不同距離的自助取物。

二、研制過程

1.項(xiàng)目設(shè)計(jì)

（1）確定伺服電機(jī)類型：采用單總線通信方式，其最大特點(diǎn)就是電機(jī)之間可串聯(lián)，多種角度工作模式切換簡單，只需一條命令即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。

（2）確定電機(jī)負(fù)荷：左右旋轉(zhuǎn)、前后翻轉(zhuǎn)的電機(jī)的負(fù)荷按照2千克設(shè)計(jì)，機(jī)械爪子抓取的伺服電機(jī)按照按照3千克選定，電機(jī)扭力15千克/厘米。

（3）確定伺服電機(jī)的數(shù)量：控制機(jī)械臂前后翻轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)設(shè)為3個(gè)，控制機(jī)械爪子閉合打開抓取的伺服電機(jī)設(shè)為1個(gè)，控制機(jī)械爪子翻轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)1個(gè)。為了增加靈活性及取物距離，可以增加電機(jī)數(shù)量。

（4）確定單片機(jī)及遙控器通信模塊：單片機(jī)型號為IAP15W4K61S4增強(qiáng)型單片機(jī)，具備4KB的SRAM；遙控器選用普通索尼遙控器，通信方式為藍(lán)牙通信，有效通信距離6米。

2.硬件安裝

（1）準(zhǔn)備：備好螺絲刀、鉗子、配套螺絲及相關(guān)支架。

（2）組裝：從下到上如圖所示組裝。

（3）動(dòng)作編程調(diào)測

通過單片機(jī)的USB接口和筆記本電腦相連，運(yùn)行單片機(jī)控制程序，通過對單個(gè)伺服電機(jī)動(dòng)作的控制從而完成對機(jī)械臂單個(gè)動(dòng)作的的編程，也可以使用智能手機(jī)，通過藍(lán)牙模塊，實(shí)時(shí)控制機(jī)械臂的動(dòng)作。

（4）機(jī)械臂動(dòng)作與遙控器器綁定

本項(xiàng)目選定按鍵均能與單片機(jī)中編程的動(dòng)作綁定，最多可綁定12套動(dòng)作。

三、應(yīng)用前景

1.增加語音模塊，實(shí)現(xiàn)語音控制；

2.增加可編程履帶底盤，加裝攝像頭，實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)的自助取物。

3.產(chǎn)品造價(jià)500元左右，性價(jià)比高；控制簡單，可在有需求的環(huán)境中推廣使用。

（指導(dǎo)老師/高瓊林 魏 炯）

【注：本文為2016年首屆泛湘西北（常德）青少年創(chuàng)客大賽一等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作品，原文有刪節(jié)?！?