1. 研究目的与意义（文献综述）

在21世纪的今天世界经济和技术的到很好的发展，人类探索科技的范围也不断的扩大，机器人迅速的应用在生产和生活的各个领域中，不仅仅在制造领域中在非制造领域也是有所涉及，各种各样的机器人产品随之出现^[1]。它的出现让我们的生活实现了真正意义上的自动化，代替了很多简单繁重的人力劳动，并可以达到高效、精准、快速的效果。对于机械手臂来说主要核心技术应该是它控制系统，一个良好的控制系统更使制造出来的达到一个新的高度。所以在此领域追求卓越，努力探究就显得尤为重要。在工业生产当中不仅可以提高生产率，节约材料消耗的同时还可以降低成本有着十分重要的意义。本次基于arduino机械手臂设计的目的在于自主探究机械手臂的一些简单、基本的制作及基于arduino的控制方法^[2]，机械手臂的总体设计，满足机械手臂的功能以及各组成部分协调工作的要求，机身的设计满足手臂的支撑与安装，并掌握基础知识为今后在此发展奠定良好基础。使用arduino控制的机械手臂可对其二次开发，程序可依需求自己修改，制造成本低，可以简单的的与传感器，各式各样的的电子元件连接，支持多样的互动程序^[3][4]。

机械手臂是一种模拟人手操作的自动化机械^[5]，它可按固定程序抓取、搬运物件或者操持工具完成某些特定操作，主要由手部和运动构件组成，手部的形状取决所抓持物件的形状、尺寸、重量、材料以及作业要求决定的，如夹持型、托持型和吸附型等。机械手臂的种类按驱动方式分为液压式、气动式、电动式、机械式手臂；按运动轨迹控制方式分为点动和连续轨迹控制手臂。应用机械手臂的目的是减少人为因素造成的废次品率和在恶劣的条件下人工无法完成的工作，这样可以降低人身伤害事故的发生率。因此机械手臂广泛的应用在机械制造、冶金、电子、轻工业和原子等部门。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先使用机械手臂搬运放射性材料，完成了人可以在完全房间内操作进行实验。50年代后机械手臂逐步推广到工业生产部门当中，并成为生产流水线上不可缺少的重要角色。单片机是一切智能电子产品的核心控制部件^[6][7]，是一个综合技术，包含着硬件设计和软件编程的许多内容，随着各种高性能、高集成度、低成本的新型单片机的出现，这将会使机器人领域方面得更好的发展^[8]。

机械手最早应用于汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。目前国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、otc、松下等公司的产品。欧系主要有德国的kuka、cloos、瑞典的abb等公司。1961年第一台unimate机器人安装用于压铸。1969年v.c.sheinman及其助手发明斯坦福机器臂。1970年etl公司发明了带有视觉的自适应机器人。1987年美国unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种unimation-vic.arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。2015年7月日本龙谷大学堤一义教授领导的研究小组开发了会扳手腕的机械手臂。机械手臂的手腕是由铝制成，四个部位可以活动，人抓住它的手腕用力，手腕上的力觉传感器能通过通信路线把数据传给手臂，收到通信后发动机启动，手臂开始反击。2016年2月三星在mwc上用机械手臂展示了5g的应用潜力。

2. 研究的基本内容与方案

基于Arduino的机械手臂设计的基本任务是：深入对机械手臂的构造得了解并对机械手臂器件进行选型；了解相关的硬件并完成硬件设计；通过对Arduino的学习完成机械手臂的程序设计；对完成的硬件和软件进行联合调试，实现手臂所需要的功能。

机械手臂主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成^[11][12]，执行机构主要包括底座、滑动平台、旋转平台、活动关节手臂。活动关节手臂是由支撑臂、大臂、小臂和工作臂，其中小臂是上下两部分通过转动副连接，为实现机械臂的完整运动，每段臂的关节处各分配一个俯仰自由度，基座关节、腕关节和机械手爪关节各分配一个偏转自由度，共6个自由度^[13][14]，整个手臂靠舵机驱动实现^[15]。机械手臂的控制系统在本设计中主要用的是Arduino控制板^[16]，Arduino可实现对多个电机转动角度精确控制，方法简单，为机械臂的运动控制提供了一个新方式。此次设计的技术方案是：机械手臂机械部分的制作可结合AutoCAD绘图工具做出符合控制要求及精度的机械手臂；利用Arduino控制板对电机转动进行控制，实现对电机的控制需要进行软件的编程，程序的设计则选用Arduino进行编程；将软件和硬件手工进行组装成型，利用单片机的串口通讯实现对机械手的控制。

3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅资料、调研、完成开题报告；

第4周：综合相关资料，形成系统的机械手臂开发思路；

第5-7周：搭建机械手臂硬件部分；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]韩建海.工业机器人[m].武汉：华中科技大学出版社，2009.

[2]孙宏伟、肖正洪.开源硬件arduino uno的原理与应用[j].四川航天职业技术学院，2013.

[3]galadima ，ahmad adamu.“arduinoas a learningtool”retrieved from icecco.2014.