欠驱动自耦合机器手

1、欠驱动自耦合机器手 张小强 王雪 李广安 党东显机电工程学院指导教师：陈明一、课题研究目的1.验证自耦合机构的可行性并充分体现其简单实用的优点，挖掘其潜在的利用价值。2.通过对自耦合机构建模，对其运动轨迹进行仿真研究。3.尝试用PC机通过数据线和单片机通讯，充分扩展单片机的功能。4.欠驱动自耦合机器手对残疾人假手研究具有重要的参考价值。5.作为一项目科技创新，可以充分发挥学生的创新精神，综合各学科知识，将理论应用于实际，提高动手能力和项目解决能力。二、课题背景机器人技术发展日新月异，机器人以其高精度，高可靠性在工业生产中占有举足轻重的地位。但由于其昂贵的价格，高的维修费用，一般的中小企业很难负

2、担。而欠驱动自耦合机构是机器人研究领域的一个重要分支，它具有价格低廉，性能可靠，控制操作简单的优点，具有巨大的应用价值。对普及低端机器人技术具有极重要的作用。另一方面对于残疾人仿真假手的研究应用更是意义重大。机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。三、课题研究主要内容1.课题采用自耦合原理进行进行结构设计，自耦合原理图如图1所示。图1 欠耦合原理图2.用SOLIDWORKS对自耦合机构建模，机械手三维仿真的效果如图2所示。图2 三维仿真机器手3.在仿真的基础上生成零件图并

3、加工装配。完成机械本体的制作。机械加工主要零件如图3、4所示。（1）手掌零件图 图3 手掌零件图（2）根部支杆零件图图4 根部支杆零件图4.用PROTEL做印制电路板，并通过实验对电路可行性进行验证。电路原理图如图5所示。图5 电路板原理图5.单片机控制伺服电机（舵机）的动作。其工作原理如图6所示。图6 舵机控制原理图舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，

4、电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。6.PC机和单片机通讯协议7.利用实验室的条件，把机器手和机械臂结合，并控制机械臂带动机器手抓取重物。四、结论1.对SOLIDWORKS对自耦合机构建模，并生成其运动轨迹的动画，直观地展现了自耦合机构的工作原理。2.在仿真的基础上生成零件图并加工装配，自行完成机械本体的制作。如图8为机械手的实体图。图8 机械手照片3.用PROTEL做印制电路板，用VB编程，控制PC机通过串口和单片机通讯，给单片机发出指令，控制伺服电机的动作。达到控制效果。（1）电路板实体照片图9 电

5、路板照片（2）PC机机械手控制平台图10 机械手控制平台4.利用实验室的条件，把机器手和机械臂结合，并控制机械臂带动机器手抓取重物，实现同时控制六个自由度运动。如图11所示为机械手各个运动姿势循环图。图11 机械手运动循环照片五、问题、体会与收获由于经费和时间的原因，机器手上没有加力传感器，没有形成闭环控制。在陈明导师的指导之下，我们对课题进行了深入的分析，了解并掌握了其关于假手连杆机构，欠驱动原理，控制系统方面的设计。通过参加这次科技创新活动，我们都收获了很多。一方面是学到了很多知识，对课堂上老师教过的东西作了强化，同时也学到了很多课堂上学不到的东西，锻炼了自学的能力。另一方面作为一项目科技创新，充分发挥我们的创新精神，综合各学科知识，将理论应用于实际，提高了我们的动手能力和查找资料解决问题的能力。七、结束语与致谢感谢学校给我们发展自我，表现自我的机会。在此也对导师陈老师在课题完成过程中给我们的大力支持和帮助表示衷心的感谢。九、参考文献1俞昌东，姜力，黄海，史士才.残疾人假手