針對于工業(yè)小型物品的搬運(yùn)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了一種具有5自由度的小型機(jī)械手。由于機(jī)械手的負(fù)載和行程較小，同時(shí)對機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)具有較高的精度的要求，故對于第一第二第三關(guān)節(jié)采用具有較大力矩的舵機(jī)進(jìn)行控制。舵機(jī)型號為996r大扭矩舵機(jī)。參對于腕部第四第五關(guān)節(jié)，由于力臂較小，故不需要采用較大力矩的舵機(jī)，同時(shí)為了減少前端機(jī)械手本體的重量，采用9g舵機(jī)型號為sg90。

    對于通用機(jī)械手結(jié)構(gòu)為了減少主臂的重量，故采用平行四邊形結(jié)構(gòu)將副臂的動(dòng)力鏈接到基座上，其具體機(jī)構(gòu)如圖2.1.1.通過該平行四邊形機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)舵機(jī)位置的轉(zhuǎn)變。

                                                                     

在機(jī)械手關(guān)節(jié)的配置上采用第一關(guān)節(jié)為主旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，第二關(guān)節(jié)為主臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，第三關(guān)節(jié)為副臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，第四關(guān)節(jié)為夾具豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，第五關(guān)節(jié)為夾具垂直于豎直面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。以此確定各關(guān)節(jié)的連接關(guān)系。

1.2機(jī)械手主要?jiǎng)恿Φ慕榻B
   盛輝所產(chǎn)的Mg996r型號舵機(jī)具有較大的扭矩，同時(shí)由于其為數(shù)字舵機(jī)精度更高。Mg996r舵機(jī)通過脈沖檢測轉(zhuǎn)動(dòng)角度，首先輸入一個(gè)20ms的低電平，輸入一個(gè)兩毫秒的高電平，通過控制高電平時(shí)間控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。舵機(jī)內(nèi)部自帶一個(gè)脈沖比較器，通過該標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度與輸入脈沖寬度的比較產(chǎn)生偏差，該偏差由轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)存在偏差時(shí)，空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)消除偏差，達(dá)到預(yù)定角度后便可以精確輸出位置信息。故該控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1.3機(jī)械手結(jié)構(gòu)的介紹

機(jī)械手的結(jié)構(gòu)為五自由度結(jié)構(gòu)，缺少了通常意義下的腕部翻滾關(guān)節(jié)。但是對于通常的搬運(yùn)領(lǐng)域該自由度可以滿足使用。類比與傳統(tǒng)的4自由度碼垛機(jī)械手來看，如圖1.2在碼垛機(jī)械手中通過兩個(gè)平行四邊形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)保證后端夾具與水平地面平行。碼垛機(jī)機(jī)械手只具有主轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，主臂轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，副臂轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，夾具水平面轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
1.6控制系統(tǒng)分析
   采用stm32f103zet6單片機(jī)進(jìn)行控制，通過初始化定時(shí)器3的四個(gè)pwm輸出通道產(chǎn)生pwm方形脈沖波實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的控制。同時(shí)對第二第三關(guān)節(jié)采用運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，以保證兩舵機(jī)的聯(lián)動(dòng)，減少控制壓力。
  裝置采用nrf2401進(jìn)行無線控制，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控，同時(shí)通過兩個(gè)主控芯片進(jìn)行三角函數(shù)的解析與計(jì)算，然后傳輸數(shù)據(jù)可以加快計(jì)算時(shí)間，增強(qiáng)舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間。
 2.1.2幾何計(jì)算法方法

幾何法同樣建立直角坐標(biāo)系，同向量法一致。如圖所示：