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通信工程（电子信息工程）专业综合实训报告

学 院 信息电子***

专 业 通信工程

班 级 18级三班

学 籍 号 ***

姓 名 覃陆某某

指导教师 蒋某某

2021年12月14日目录

一、 结构设计 3

1. Arduino开发板 3

2. 设计思想 3

3. 主板的选择 3

4. 机械臂操作实现 4

二、 硬件电路设计 4

三、 软件设计 5

1. 机械臂算法 5

2. 手眼标定视觉算法。 7

四、 结论 8

基于Arduino的四轴机械臂控制系统设计

覃陆某某

引言

近几十年来,国内国外的机械臂行业发展尤为迅猛,它可以提高流水线产品品质,提高生产线的生产效率，也可以在太空站中帮助航天员完成舱外活动，而现在的机械臂控制系统的越发成熟，机器人平台的完善以及通信技术的发展，有许多类似达.芬奇那样的外科手术机器人，逐渐的进入人们的视野，并依靠着自身的高精确度。大大改善了人们的劳动条件,对产品的更新换代也是起着不可或缺的作用。本设计通过一些单片机方面的技术和工具,模拟实现生活中常用机械臂的功能,做出一个简易机械臂作为学习研究的工具。

结构设计

Arduino开发板

Arduino开发板是一类便捷灵活方便上手的开源电子硬件平台,包括一系列的硬件和软件。它适用于工程师行业进行快速的产品研发,也为艺术家,设计师等一部分现代创客提供更为便捷的开发平台,它被广大创客所运用,生产了许多新式产品，

设计思想

本作品主题思想是设计一款基于Arduino平台,使用外部控制器控制电机运行的机械臂。主板方面选择了Arduino中的mega2560型号。作为Arduino平台的经典型号, 具有54路数字输入输出，适合需要大量IO接口的设计。机械臂材质采用了pla材料3d打印而成，在轻便的同时也具有可塑性可以在专业门店采购，利用42步进控制臂体，也方便了在后期使用过程中设备维护和更换，更重要的是保证了高精度的行为控制。

主板的选择

Arduino作为开源的平台,其简易性和可开发性深受广大硬件爱好的推崇个人认为它的优点有以下几个经过封装的函数和函数库,便于使用。开源的平台,更容易查找相关资料。使用范围广泛,可以和同行业人士交流学习。

Arduino基本透明掉了硬件部分,因此Arduino板集成了众多的端口方便使用者进行二次开发,其扩展口部分如图1所示。

机械臂操作实现

作为机械臂,其设计理念是让电机接受摇杆信号进行运作,并根据信号变化调整角度。首先,我们需要设定开机时电机的基础角度，这样的设计一则为了检测开机时电机的工作性能,二则是直接预设角度，方便操作。在启动之后,通过摇杆,控制电机,其大体流程如下图2所示。

该系统是通过计算机的事先编写的程序之后，通过数据传输下载到主控制mcu中，通过控制Arduino给的pwm波信号，输出到A4988电机驱动芯片。电机就会依据给定的PWM波型号，完成相应的运动轨迹或按照预定的计划完成任务。

硬件电路设计

为了让各模块更好稳定的连接，采用集成设置，把以上的模块和所有接口统一集成在一块pcb板上。集成原理图如图4所示。

图 4总体原理图

软件设计

硬件结构作为机械臂的身体构架支持着整个系统的运行。而软件方面作为机械臂控制系统的大脑中枢，统筹着身体和思维进行正确的判断和运作。软件部分的优劣影响着整个机械臂控制系统的运行流畅性、稳定性和整体功能的发挥。因此程序设计十分重要，需要 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 械臂之外的固定位置，称为“眼在手下”。

手眼标定步骤：

结论

通过实验证明：本文设计的机械臂控制系统，可以胜任中小型机器人控制器的要求，具有控制准确度高、操作方便、动作灵活等方面的优良表现。然而仍有一些不足需改进，主要有：

(1)机械臂的改造。作为系统的主要受控对象，需要其有着优越的稳定性才能达到更加精准的控制。本文的机械臂的爪部有待改进，例如加入压力传感器可以更好的完成抓取的动作。

(2)算法的完善：对算法的冗余和处理方面进行改进，可以有效的改善机械臂的运作，例如调整：输入参数和如何输出更加精准的pwm波。 基于上述问题，在今后的时间里，将会不断的修改以加强机械臂的稳定性和可靠性。

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