一种多自由度桌面机械臂的制作方法

一种多自由度桌面机械臂的制作方法摘要本文提出了一种多自由度桌面机械臂的制作方法，通过简单的零件组装和软件调试，可以实现控制机械臂进行各种基本动作和复杂运动。主要涉及到机械结构设计、电路连接、程序开发等方面的内容，为读者进行类似机械臂制作提供了一定的参考和指导意义。引言多自由度机械臂是在机器人领域中广泛应用的一种机械装置，通常由多个关节和连接部件组成，可以执行空间中的各种运动操作，被广泛应用于工业制造、医疗服务、物流配送等领域。但是，市场上现有的多自由度机械臂大多价格昂贵，不适合初学者和普通用户购买和使用。因此，本文提出了一种简单易行的桌面机械臂制作方法，旨在帮助读者了解机械臂基本原理和制作方法，打破繁琐复杂的机械臂制作障碍。设计思路和流程机械臂的主要设计思路基于开源社区普及的Arduino控制板和各种常见驱动模块，使用此类模块可以在不需要硬件设计的前提下实现机械臂的各种运动控制操作。具体设计流程分为以下几个步骤：第一步：机械结构制作机械臂整体设计：本机械臂采用4轴设计，即一个底座，两个水平关节和一个垂直关节。基于此，机械结构设计图如下：```

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```按照上述设计尺寸，可以使用A4纸将实际大小打印出来，并将其用胶带粘贴在以太网板上作为模板，方便后续部件的安装。底座部分制作：由于底座是机械臂的支撑部分，需要足够的重量和稳定性来支撑机械臂的运动。底座通常采用钢板或铝合金材料制作，但是为了降低制作成本，本设计采用镍涂铅胶体材料进行制作。具体制作流程如下：-在底座下面焊接4个加强角钢，作为承重部分，并用螺丝固定底座材料。

-从镍涂铅胶体材料中切割一个矩形形状，尺寸为15cmx15cmx1cm，焊接在底座承重部位上，并用螺丝卡紧。

-在底座顶部中心切割一个圆孔，尺寸与模板上的底座圆孔尺寸相同，作为后续部件的固定点。机械臂关节部分制作：机械臂的关节部分主要包括多个连接杆、电机、舵机等驱动部件。在本设计中，使用四个MG996R舵机进行机械臂的驱动，具体制作流程如下：-将关节连接杆通过螺纹固定在舵机输出轴上，注意连接杆长度和相邻部件之间的空隙。

-将带齿轮的传动杆通过螺纹固定在舵机输入轴上，将传动杆之间通过带齿轮的连接方式进行连接。

-将盘旋连接杆通过螺纹固定在带齿轮的传动杆上，将其加装到底座顶部旋转机构上。其余关节部分安装方式均与此相似，可参考示意图进行组装。第二步：电路连接电机驱动模块连接：机械臂的运动主要靠电机驱动，因此需要连接多路控制电路，并通过程序进行控制。本机械臂采用Arduino控制板进行电路控制，使用Adafruit驱动板进行舵机电机的连接控制。具体流程如下：-将Adafruit驱动板与Arduino控制板进行连接，使用线缆将两板子的对应引脚连接即可。

-将多路舵机电机通过线缆连接至Adafruit驱动板之上、注意将颜色相符的引脚连接。传感器模块连接（可选）：为了实现机械臂的闭环控制和精准操作，可以使用各种传感器模块对机械臂进行实时检测，比如光电传感器、红外传感器和压力传感器等。将传感器进行连接，与电机驱动模块相同。第三步：程序编写Arduino控制板程序编写：Arduino控制板程序编写包括代码编写和上传两个部分，主要是将控制代码适配Adafruit驱动板的指令集和传感器模块，实现对机械臂的各种控制。具体程序如下：```

#include<Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriverpwm=Adafruit_PWMServoDriver();

voidsetup(){

pwm.begin();

pwm.setPWMFreq(60);

}

voidloop(){

pwm.setPWM(0,0,150);

delay(500);

pwm.setPWM(1,0,150);

delay(500);

pwm.setPWM(2,0,150);

delay(500);

pwm.setPWM(3,0,150);

delay(500);

}

```此程序实现对机械臂四个舵机的控制，其中pwm.setPWMFreq(60)语句表示设置控制频率为60Hz，pwm.setPWM(0,0,150)语句表示将0号舵机旋转至150位置。根据需求修改语句，可以实现机械臂的旋转、上下、前后等各种控制。基于Python的上位机程序编写：为了方便机械臂的实时操作，可以使用计算机编写基于Python的上位机程序，通过串口与Arduino控制板进行通信，实时发送控制信号。具体程序内容和编写方法见本站博客其他文章。总结综上所述，本文提出了一种简单易