[在此處鍵入][在此處鍵入]20基于51單片機(jī)的機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要機(jī)械臂是一種機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，可以手動(dòng)替換特定空間中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本文研究機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)并分析機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)特性。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)了一種滿(mǎn)足柔性生產(chǎn)需求的控制系統(tǒng)，最后對(duì)機(jī)械臂穩(wěn)定性控制算法進(jìn)行了理論驗(yàn)證。本文利用單片機(jī)、Arduino和機(jī)械臂的知識(shí)，開(kāi)發(fā)了基于單片機(jī)的機(jī)械手，并詳細(xì)介紹了其控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。機(jī)械臂可以模仿人類(lèi)上肢進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)作，這就是為什么它對(duì)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練演示平臺(tái)、生產(chǎn)或生活都非常重要的原因。關(guān)鍵詞：機(jī)械臂硬件軟件目錄TOC\o"1-3"\h\u緒論 結(jié)論本文將研究對(duì)象視為四級(jí)自由度的混合算子，具體工作如下：（1）根據(jù)特殊的操作機(jī)構(gòu)，分析其力學(xué)性能，通過(guò)正、反運(yùn)動(dòng)學(xué)解進(jìn)行齊次變換，建立操作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，確定每個(gè)操作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軸的空間坐標(biāo)位置，并通過(guò)建立坐標(biāo)測(cè)量了理論的正確性?xún)r(jià)值觀一階和二階導(dǎo)數(shù)為速度和加速度提供正向和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)解決方案。考慮到機(jī)械手的唯一性，使用矩陣結(jié)合機(jī)械手的機(jī)械約束進(jìn)行分析，采用數(shù)字方法計(jì)算了機(jī)械手理論工作空間的具體參數(shù)和比值。（2）根據(jù)四包圍結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)，分別采用采用空間坐標(biāo)系和空間幾何的方法，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件編程控制驗(yàn)證了機(jī)械手模型的正確性。得到了加速度位置的正解和負(fù)解。通過(guò)軟件模擬了機(jī)械臂的運(yùn)行空間，并用雅可比矩陣法分析了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)奇異性。參考文獻(xiàn)[1]翟紅藝，司夏巖．單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2019.[2]李萍,祁鯤,李萱.單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革探討[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2020(07):63-65+68.[3]李懿,秦鵬,楊會(huì)豐.懸掛式協(xié)作機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2020,34(04):130-135.[4]巢惠世,梁宏斌,蔡土淇.基于Linux的機(jī)械臂實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)研究[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全,2020,39(04):81-85.[5]蔡?hào)|偉,田金柱,秦方瑋,陳賦秋.新型智能鋪路機(jī)路徑規(guī)劃及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)設(shè)備工程,2020(07):31-33.[6]荊泓瑋,朱延河,趙思愷,張清華,趙杰.外肢體機(jī)器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2020,56(07):1-9.[7]方五益,郭晛,黎亮,章定國(guó).柔性鉸柔性桿機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模、仿真和控制[J].力學(xué)學(xué)報(bào):1-9[2020-05-19].[8]張玉玲,谷勇霞,趙杰亮,閻紹澤.機(jī)械臂臂桿剛度主動(dòng)控制下的末端振動(dòng)特性研究[J].力學(xué)學(xué)報(bào):1-14[2020-05-19].[9]牛晉棟.基于單片機(jī)的貨物抓取機(jī)械手設(shè)計(jì)[J].工程技術(shù)研究,2019(07):190-191.[10]郭俊卿.基于單片機(jī)的4R機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)控制[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2019：2-9.[11]YunAlchan,LeeWoosub,KimSoonkyum,KimJongHo,YoonHyungseok.DevelopmentofaRobotArmLinkSystemEmbeddedwithaThree-AxisSensorwithaSimpleStructureCapableofExcellentExternalCollisionDetection[J].Sensors,2022,22(3).[12]KojimaAkimichi,TranDinhTuan,LeeJooHo.InvestigationoftheMountingPositionofaWearableRobotArm[J].Robotics,2022,11(1).[13]AnalyzetheReliabilityofCapacityMicro-accelerometer.HuHongge,ZhaoQiang,HuangDagui.ICEMI.2018(9):3-6.

附錄主程序：#include<Servo.h>#include<SoftwareSerial.h>SoftwareSerialmySerial(12,13);//可以接藍(lán)牙，型號(hào)為hc06bluetoothrx/txconstintSERVOS=4,MAXSPEED=10;//定義舵機(jī)數(shù)量和最大速度。舵機(jī)分別接數(shù)字輸入輸出口pin11/10/9/5base/left/right/gripperintPIN[SERVOS],value[SERVOS],currentAngle[SERVOS],MIN[SERVOS],MAX[SERVOS],INITANGLE[SERVOS];Servomyservo[SERVOS];intaOrg[]={90,90,90};//舵機(jī)初始位置為90度，針對(duì)base/left/right這三個(gè)舵機(jī)intdemoActions[9][4]={{90,55,165,30},//啟動(dòng)時(shí)按右鍵開(kāi)啟演示模式{45,145,90,0},{90,55,165,0},{135,145,90,30},{90,55,165,30},{135,145,90,0},{90,55,165,0},{45,145,90,30},{90,55,165,30}};intDELAYTIME=200;intservo_moving[SERVOS]={0,0,0,0};booleanstringComplete=false;intbt_servo=0;intbt_move=0;intidle[]={0,0,0,0};booleanlearningMode=false,autoPlayMode=false,autoDemoMode=false;booleanclawClosed=false,bootbuttonPressed=false;intconstmaxAutoActions=100;intautoAction[maxAutoActions][SERVOS];//最多記憶20個(gè)動(dòng)作intactionIndex=0;//運(yùn)動(dòng)時(shí)的總步數(shù)intbuttonPreState=0;intbuttonL=2,buttonR=4;intthreshL=300,threshR=700;intclawOpenangle=10,clawCloseangle=102;intdemospeed=1;//速度voidsetup(){Serial.begin(9600);//RX/TX=D0/D1pinMode(2,INPUT_PULLUP);//搖桿按鈕1pinMode(4,INPUT_PULLUP);//搖桿按鈕2pinMode(3,OUTPUT);digitalWrite(3,HIGH);Serial.print(digitalRead(buttonL));//串口用來(lái)測(cè)試時(shí)顯示Serial.print(",");Serial.println(digitalRead(buttonR));mySerial.begin(38400);//RX/TX=D12/D13藍(lán)牙用init_Pins();cutcut();//長(zhǎng)按左鍵進(jìn)入錄制模式if(!digitalRead(buttonL)){learningMode=true;buttonPreState=1;delay(1000);digitalWrite(3,LOW);Serial.println("learningMode!!");}//長(zhǎng)按右鍵進(jìn)入演示模式if(!digitalRead(buttonR)){autoDemoMode=true;buttonPreState=1;auto_mode();}}voidloop(){move_bt();//根據(jù)藍(lán)牙指令移動(dòng)move_joy();//根據(jù)搖桿盾板移動(dòng)move_mem();//根據(jù)錄制的操作移動(dòng)}voidinit_Pins(){PIN[0]=11;//連接舵機(jī)的針腳MIN[0]=10;//舵機(jī)的最小角度MAX[0]=179;//舵機(jī)的最大角度INITANGLE[0]=90;//舵機(jī)的初始角度PIN[1]=10;MIN[1]=10;MAX[1]=140;INITANGLE[1]=90;PIN[2]=9;MIN[2]=40;MAX[2]=170;INITANGLE[2]=90;PIN[3]=5;MIN[3]=10;MAX[3]=102;INITANGLE[3]=60;//設(shè)置舵機(jī)的初始角度initMotors();//重置自動(dòng)操作for(inti=0;i<maxAutoActions;i++){for(intj=0;j<SERVOS;j++){autoAction[i][j]=0;}}for(inti=0;i<SERVOS-1;i++){autoAction[0][i]=aOrg[i];}autoAction[0][SERVOS-1]=clawOpenangle;}voidmove_bt(){checkSoftSerial();//藍(lán)牙移動(dòng)，每個(gè)角度為變量ifor(inti=0;i<SERVOS;i++){currentAngle[i]=myservo[i].read();//獲取現(xiàn)有的舵機(jī)角度if(servo_moving[i]!=0){currentAngle[i]+=servo_moving[i];currentAngle[i]=currentAngle[i]>MAX[i]?--currentAngle[i]:currentAngle[i];currentAngle[i]=currentAngle[i]<MIN[i]?++currentAngle[i]:currentAngle[i];myservo[i].write(currentAngle[i]);delay(20);}}}voidcheckSoftSerial(){Stringstr="";if(mySerial.available()){for(inti=0;i<2;i++){str+=(ch