基于STM32單片機(jī)的三自由度體感仿生機(jī)械臂

機(jī)械臂是指高精度，多輸入多輸出、高度非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。因其獨(dú)特的操作靈活性, 已在工業(yè)裝配, 安全防爆等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。機(jī)械臂是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng), 存在著參數(shù)攝動(dòng)、外界干擾及未建模動(dòng)態(tài)等不確定性。因而機(jī)械臂的建模模型也存在著不確定性，對(duì)于不同的任務(wù), 需要規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂關(guān)節(jié)空間的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而級(jí)聯(lián)構(gòu)成末端位姿。

1、1臺(tái)6軸機(jī)械臂-基于STM32單片機(jī)的三自由度體感仿生機(jī)械臂（原理圖+源碼+論文）

一、原理：

1、這里只用到了MPU6050的加速度計(jì)，沒(méi)有用到陀螺儀，為什么不用陀螺儀，是因?yàn)橥勇輧x的溫漂太大。然后數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

而且沒(méi)有外接任何模塊，（當(dāng)然也可以外接）。加速度計(jì)知道吧！??！就是測(cè)加速度的。使用加速度融合出來(lái)的角度比較穩(wěn)定。

2、通信我們一般使用IIC，程序通過(guò)《MPU-6000 & MPU-6050產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)(中文版).pdf》里面的IIC時(shí)序編寫(xiě)，（大概在第8頁(yè)，10.數(shù)字接口的10.3 I2C通信協(xié)議）

3、在加速度得配置中有一個(gè)寄存器可以配置加速度的量程。我們?cè)O(shè)置為0，量程為+-2g,也就是該加速度計(jì)現(xiàn)在可以測(cè)量+-20m/s2。

ADC是16位的，當(dāng)為2g的時(shí)候是65535，-2g的時(shí)候是0。

4、然后就是將讀取到的數(shù)字（其實(shí)就是AD轉(zhuǎn)換，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)），得到具體的數(shù)據(jù)就可以分析了。

5、這里面如果將模塊正常的平放在桌子上面，理想狀態(tài)下Z軸會(huì)讀取到大概49152左右的數(shù)，(也就是1g左右，重力加速度，當(dāng)然是有誤差的。)

6、然后就是怎么分析了，你要是還想了解一下加速度，就看一下《姿態(tài)解算說(shuō)明（Mini AHRS）.pdf》。

8、對(duì)了，還有一個(gè)數(shù)學(xué)公式

這個(gè)公式就可以將加速度換成角度

aacx x軸的加速度

aacy y軸的加速度

aacz; z軸的加速度

tempZ = sqrt((aacx * aacx + aacy * aacy)) / aacz;

resZ = atan(tempZ);

res = resZ * 1800 / 3.14;

得到與自然Z軸的角度

二、描述：

由兩個(gè)發(fā)送端組成整個(gè)機(jī)械臂系統(tǒng)，發(fā)送端一圖5.7在PCB線路板上設(shè)計(jì)并焊接集成了STM32F103C8核心板，MPU6050姿態(tài)傳感器，nRF24L01無(wú)線收發(fā)器和一個(gè)控制機(jī)械臂爪子部分夾取功能的按鈕。MPU6050姿態(tài)傳感器輸出的并不是角度或者加速度信號(hào)，mpu6050內(nèi)部集成有處理單元DMP數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)DMP融合（打包處理）得到四元數(shù)，四元數(shù)在經(jīng)過(guò)以下的數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)換分別轉(zhuǎn)換為x軸，y軸，z軸上的角度，接收端收到數(shù)據(jù)后，再將角度最終轉(zhuǎn)換為弧度交由機(jī)械臂舵機(jī)去執(zhí)行。

2、手機(jī)控制機(jī)械臂設(shè)計(jì)方案

本作品是一款由手勢(shì)控制，并且能夠?qū)崿F(xiàn)快速示教再現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，它能夠?qū)崟r(shí)跟隨手勢(shì)動(dòng)作 。具有靈活性強(qiáng)、快速示教再現(xiàn)、可在遠(yuǎn)程無(wú)人工作區(qū)無(wú)線遙控執(zhí)行動(dòng)作。

工作原理：

工作原理是通過(guò)在手部穿戴手勢(shì)控制端控制板，其板載主要包括陀螺儀模塊、通訊模塊和stm32最小系統(tǒng)。PMU6050陀螺儀模塊對(duì)手部角度的變化采集，經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、濾波、轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)NRF24L01無(wú)線模塊，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)械臂執(zhí)行端。執(zhí)行端根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。

控制方式及優(yōu)勢(shì)：

（1）、機(jī)器人具有極速動(dòng)作規(guī)劃并重復(fù)再現(xiàn)的特點(diǎn)，適應(yīng)生產(chǎn)任務(wù)多變的工作場(chǎng)景。

（2）、手勢(shì)操作的控制方法學(xué)習(xí)過(guò)程快，幾乎不需要培訓(xùn)，節(jié)約的編程工人的工資成本，生產(chǎn)線升級(jí)速度極快。

產(chǎn)品創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）由手勢(shì)控制，操作方便,靈活性強(qiáng)，穩(wěn)定性好。

（2）可以遠(yuǎn)程遙控操作，改善工作狀態(tài),不必忍受工作現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境條件。

（3）編程方式簡(jiǎn)單，操作者無(wú)需接受專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，且產(chǎn)品更適應(yīng)多變的工作任務(wù)要求、

（4）易于快速指定動(dòng)作來(lái)重復(fù)執(zhí)行。

3、手勢(shì)識(shí)別控制的3D打印機(jī)械手-智能性最強(qiáng)的機(jī)械手臂

機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手臂有多種用途，不僅可以安裝在機(jī)器人身上，也可以給殘疾人用來(lái)當(dāng)假肢。這個(gè)版本的機(jī)械手臂可以采用PC機(jī)進(jìn)行控制，也可以使用手勢(shì)識(shí)別算法來(lái)控制。5個(gè)手指和手腕均可活動(dòng)，而且手指關(guān)節(jié)可以精準(zhǔn)定位，進(jìn)行各種微小角度的開(kāi)合。該機(jī)械手對(duì)3D打印機(jī)精度要求較高，需要0.1mm精度，達(dá)不到此精度的話傳動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)出問(wèn)題。

手臂硬件用的STM32單片機(jī)，代碼和PCB都是我自己設(shè)計(jì)的，速度非常給力，無(wú)延遲無(wú)卡頓。使用并聯(lián)臂3D打印機(jī)，ABS、PLA塑料進(jìn)行3D打印。5個(gè)手指，每根都可以進(jìn)行開(kāi)合，請(qǐng)看視頻，每根手指都可以精確運(yùn)動(dòng)到任意一個(gè)角度，手腕可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)?？梢宰ト∏?，筆，杯子，遙控器等物品。

附件內(nèi)容包括：

1：機(jī)械手臂控制板的電路圖和PCB文件

2：機(jī)械手臂調(diào)試教程、詳細(xì)組裝文檔，零件清單，及注意事項(xiàng)

3：機(jī)械手臂手勢(shì)識(shí)別上位機(jī)以及STM32硬件代碼。

4：機(jī)械手臂控制每個(gè)手指精確開(kāi)合的機(jī)械結(jié)構(gòu)三維圖紙模型

4、機(jī)械臂開(kāi)源資料(工程源文件)

我的可打印機(jī)械手受到了著名的工業(yè)機(jī)器人的啟發(fā)，但是可以打印。

目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種開(kāi)放源代碼的機(jī)器人手臂，以供私人或小型企業(yè)使用，并使每個(gè)人都可以使用機(jī)器人開(kāi)發(fā)。

手臂應(yīng)舉起約2公斤的重量，足以執(zhí)行日常任務(wù)。當(dāng)前，機(jī)器人手臂價(jià)格昂貴，體積小，強(qiáng)度低或笨拙。

工業(yè)機(jī)器人既昂貴又危險(xiǎn)，因此不適合在家庭或?qū)W校使用。

每個(gè)人都可以構(gòu)建，使用和開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)源可打印機(jī)器人。

機(jī)器人仍然很昂貴且難以操作，但事實(shí)不再如此。

殘疾人可以使用便宜的3d打印機(jī)器人手臂來(lái)更好，更獨(dú)立地管理其日常需求。在危險(xiǎn)但不太發(fā)達(dá)的地方操作。

如果您忘記了鑰匙，甚至可以遙控，甚至可以讓我們用機(jī)器人打開(kāi)門(mén)。

未來(lái)的Arm將包括一個(gè)移動(dòng)基地。

5、如何使用四個(gè)伺服器制作機(jī)械臂

該項(xiàng)目將向您展示如何使用四個(gè)伺服器制作機(jī)械臂。

硬件組件：

· 跳線（通用）× 1

· 旋轉(zhuǎn)電位器（通用）× 4

· SG90微伺服電機(jī)× 4

· Arduino UNO和Genuino UNO× 1

軟件應(yīng)用程序和在線服務(wù)：

· Arduino IDE

這個(gè)機(jī)器人手臂由4個(gè)伺服器組成：

· 第一個(gè)伺服進(jìn)行水平掃描

· 其他伺服系統(tǒng)控制機(jī)械臂的噴嘴

· 他可以用四個(gè)電位器控制。
· 您還可以在Arduino IDE的串行監(jiān)視器上查看伺服器的角度位置。