毕业设计说明书设计题目：机器人手臂的开发与使用摘要本设计以市场上某款6自由度机械手为对象，对其安装连接、几何结构、电路控制、上位机软件进行了详细介绍。

并根据上位机指令控制机械手原理，制定了手工编写指令的标准。

最终在此标准的基础上，设计开发了由自动编程软件输出程序、仿真软件检验程序、机械手执行程序的体系，从而达到机械手离线编程的目的。

关键词机械手；安装连接；几何结构；电路控制；自动编程；仿真AbstractThe design bases on a section of 6-DOF manipulator in the market for the object, and conducts a more detailed introduction about Installation and connection，manipulator geometry, circuit theory, host computer software. The design develops a standard about hand-written instructions, based on principles of host computer software.Ultimately based on this standard, the design achieves their goals of off-line programming by the automatic programming software output instruction, emulation software testing, manipulator implementation.Key wordsManipulator； Installation and connections； Geometric structure； The circuit structure； Host computer software；Automatic programming； Simulation目录摘要、关键词 (I)Abstract、Key words (II)目录 (III)1. 引言 (1)2. 机械手简介 (1)2.1 机械手在国民生产生活中的意义 (1)2.2 实物机械手简介 (2)3. 机械手连接指南 (3)3.1 接线连接 (3)3.2 软件调试 (6)4. 机械手几何部件 (7)4.1 爪 (8)4.2 臂 (9)4.3 底座 (9)5. 机械手电控部件 (10)5.1电控实物解析图： (10)5.2 电路原理图 (11)5.2.1 电源模块 (12)5.2.2 JSP下载模块 (13)5.2.3 串口模块 (14)5.2.4 MCU模块 (15)5.2.5 舵机信号输出模块 (17)6. 上位机软件 (18)6.1 端口的连接和设置 (19)6.2 通道的控制 (20)6.2.1 舵机控制 (20)6.2.2 上位机控制原理 (20)6.2.3 实际操作 (20)6.3 操作选项 (21)6.4 指令库 (21)6.5 速度调节和间隔时间调节 (21)6.6 手输指令 (22)6.6.1 机械手上位机程序（指令）编写规则 (22)6.6.2 手输指令栏的运用 (22)7. 机械手手工编程的开发和使用 (23)7.1 单步即时动作 (23)7.2 编程连续动作 (24)7.2.1 确定机械手舵机与上位机数值关系 (24)7.2.2 测量机械手尺寸 (29)7.2.3 举例验证 (30)7.2.4 时间、转动量、转速关系 (33)7.2.5 机械手多轴联动优化编程 (34)7.2.6 模块化编程 (36)8. 三位一体离线编程平台 (37)8.1 自动编程软件 (37)8.1.1软件界面介绍 (38)8.1.2 软件核心计算程序 (40)8.2 仿真模块 (41)8.3 机械手执行 (44)辞 (45)参考文献 (46)1. 引言本设计是在原有机械手臂配置的基础上，为其更深一步的开发与使用而进行的作业，也是为满足机械手臂使用者，机械手臂维护者的需要而进行编制。

本设计的容将涉及包括：机械结构、电路控制、visual basic编程、三维仿真等容，最终达到不改变硬件、软件条件下，通过制定规标准，完成离线编程功能开发的目的。

2. 机械手简介机械手出现在20世纪中期，以其运动的重复性及准确性得到极大的发展，已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的主要标准。

通常机械手臂有机械系统，控制系统组成。

其控制方式种类较多，早期以机械部件实现，近几十年微机技术成为控制的主要形式[1]。

2.1 机械手在国民生产生活中的意义工业生产：机械手的出现加快了机械工业进入自动化，省人化，高效化的领域。

随着工业发展的进行，在国民生产劳动密集性行业中，劳动量与劳动价值比例需要进行改革。

减少成本是现代企业增加竞争力的有力手段，以日本为例，在第二次世界大战后，日本劳动力对于经济的高速发展出现严重不足的困难。

为此，日本在1967年从美国引入机器人及其技术，并在其后短短十几年的时间中机械人在各个领域中广泛被使用。

机械人的特性使生产成本大为降低，成功的令日本物美价廉的产品以绝对优势进入美国市场，迫使美、英、法等国不得不采取措施，奋起直追[2]。

居民生活：逼真的人形机器人为居民生活提供帮助[3]。

随着第一款人造假肢的问世，机械肢便被赋予崭新的意义。

据调查目前，国际社会公认的全球残疾人比例约为全球总人口的10%，平均每十个人就有一个人是残疾人，机械肢可以协助部分残疾人恢复自理能力[4]。

医疗器械的机器人化也在不断的加深。

手术简单化，创口小型化可以大大提高手术成功率与术后恢复能力。

小型化的医用机器人正不断的被研发出来进入医院，协助进行各种不同的医疗救助[5]。

2.2 实物机械手简介本设计以市场上某款机械手为对象进行几何机构分析，控制电路分析，并通过编程功能达到复杂动作功能。

本设计采用设备：1、6自由度铝合金机械手（实物如图1所示）2、32路控制系统图1 6自由度铝合金机械手此机械手是有六个伺服电机的机器手臂。

人类的手臂，除了肩、肘、腕三个关节外，还有手指的关节，此机械手模拟仿真了除手指外其它关节。

使用了6个舵机可以实现手的简单动作，例如抓取鸡蛋。

产品配置：1、机械手臂 1台2、机械手臂控制器 1台3、串口线 1条4、电池盒 1个5、光盘 13. 机械手连接指南在机械手运动之前必须将机械手臂与控制器进行正确连接，并将控制器进行合适设置，最后通过上位机软件输出控制信号进行控制。

3.1 接线连接1、在安装前必须准备好以下工具：图2 工具2、控制器接口介绍：图3 控制器接口备注：波特率设置图4 波特率1控制器出厂设置波特率默认值为：115200（即两个针冒都插上）。

此控制器，只能设置4种波特率，插上针冒表示“1”，没插针帽表示“0”。

四种波特率设置见下图5种设置图解：图5 波特率23、连接伺服电机电源因为伺服电机工作电流比较大，我们使用直流稳压电源给六个伺服电机供电。

把准备好的导线按照图中的接线孔和直流稳压电源进行连接。

注意电源的正负极性。

（备注：在电源接线过程中需要用到一字螺丝刀）4、连接伺服电机控制器一共有32路电机驱动，我们使用第1-6路。

控制器上有三排插针用来连接伺服电机。

每个插针的用途在图中已经标出。

每路伺服电机接线有三路组成，分别为电源线（中间红色）、地线（黑丝或棕色）信号线（白色或棕色）。

按次序将六路伺服电机连接到控制器上。

5、连接控制器电源控制器上共有三路电源输入口，中间为单片机电源输入口，需将配件中的电图6 伺服电机电源 图7 伺服电机连接 图9 电池盒 图8 单片机电源输入池盒正确的连接到此电源输入口上。

6、将控制器和电脑串口进行连接使用配件中的串口线，按照正确的接口方法，将控制器串口和电脑串口连接。

3.2 软件调试1、打开电脑上位软件在光盘“上位机软件”文件夹中双击“6 servo robot arm controller.exe”图11 电脑和控制器连接图10 控制器串口 图12 上位机软件界面文件，就在电脑中显示上位机界面，如图12所示图13 通道选择选中1-6通道的复选框，使数值条处于有效状态2、机械手实现运动的操作流程（1）、先将直流稳压电源旋钮调到最小，打开直流稳压电源开关，由小到大，将电压调到6V，电流调到2A或更大。

（2）、将准备好的6节AA电池正确的装入电池盒。

（也可使用直流稳压器代替）（3）、点击上位机软件左上角的“连接”按钮。

（4）、点击软件中的“复位”按钮，然后再点击左下角的“运行”按钮，机器手臂便可运动了。

3、上电前最后检查：伺服电机电源接线、六路伺服电机接线、单片机电源接线。

注意：无法动作现象处理（1）、查看单片机电源是否有接反的情况（2）、查看伺服电机接线方向是否正确（3）、查看控制器板上波特率跳线是否正确（4）、查看上位机软件的COM口设置。

COM1是通用端口，对多数台式机来说，选“COM1”口便会和电脑成功连接。

如果COM1口不成功的话，可选用COM2口。

（5）、如果以上原因都被排除，机器手臂还是无法远动，可检查伺服电机电源电流，如电量不足，可适当调整稳压电源输出。

4. 机械手几何部件机械手几何结构组成：爪、臂、底座图14 机械手（2D）图15 机械手（3D）4.1 爪手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部件，按其工作原理课分为两类：夹持类和吸附类。

本设计机械手为平移型外夹式手部，其手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成[6]。

平移型外夹式手部，夹持力计算[7]*AB 为直接夹取产品部分，故接触点由实际装夹时测量为准。

（5mm ≤d ≤35mm ） *通过查询手部舵机参数，得舵机输出力矩为1.8KG*cm*由实际测量得α=75度，BC=19.8mm ，c=31mm ，b=0mm ；故e=BCsin α=19.13mm 由公式；得夹持力计算公式：4.2 臂图16 爪图17 夹持力手臂部件是机械手的主要握持部件。

它的作用是支承手部（包括工件或工具)，并带动它们作空间运动。

臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内的任意一点。

如果改变手部的姿态(方位)，则用腕部的自由度加以实现。

因此，一4.3 底座机械手底座是承受机械手主体及所夹物件重量、定位机械手臂的部件。

通常情况下机械手底座分两类：1.不可移动型，机械手臂被固定在底座上不可移动，机动性较低。

2.可移动型，机械臂被安装在可移动的底座上，机动性较高[10]。

5. 机械手电控部件电控部件为机械手数据处理中心5.1电控实物解析图：a. WIFI 扩展接口：Wi-Fi 是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA 、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。