基于Arduino机械臂的设计与实现

唐皓 金亚玲* 沈阳工学院

引言：近几十年来，国内国外的机械臂行业发展尤为迅猛，它可以提高流水线产品品质，提高生产线的生产效率。大大改善了人们的劳动条件，对产品的更新换代也是起着不可或缺的作用。本文通过一些单片机方面的技术和工具，模拟实现生活中常用机械臂的功能，做出一个简易机械臂作为学习研究的工具。

1 Arduino开发板

Arduino开发板是一类便捷灵活，方便上手的开源电子硬件平台，包括一系列的硬件和软件。其原名Arduino是意大利语中男性的常用名，原意是强壮的朋友。而这类硬件产品正如它名字所描述的那样，十分强壮可靠。适用于工程师行业进行快速的产品研发，也为艺术家，设计师等一部分现代创客提供更为便捷的开发平台，它被广大创客所运用，生产了许多新式产品。

2 设计思想

本作品主题思想是设计一款基于Arduino平台，使用外部控制器控制舵机运行的机械臂。主板方面选择了Arduino中的uno型号。作为Arduino平台的经典型号，UNO的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口，其中6路可作为PWM输出，6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。机械臂材质采用了PVC材料，在轻便的同时也具有可塑性，可以在专业门店采购。利用舵机控制臂体，也方便了在后期使用过程中设备维护和更换。

3 主板的选择

Arduino，作为开源的平台，其简易性和可开发性深受广大硬件爱好的推崇。个人认为它的优点有以下几个：经过封装的函数和函数库，便于使用。开源的平台，更容易查找相关资料。使用范围广泛，可以和同行业人士交流学习。

Arduino基本透明掉了硬件部分，因此Arduino板集成了众多的端口方便使用者进行二次开发，其扩展口部分如图1所示。

图1 主板扩展口示意图

4 机械臂操作实现

作为机械臂，其设计理念是让舵机接受摇杆信号进行运作，并根据信号变化调整角度。首先，我们需要设定开机时舵机的基础角度，这样的设计一则为了检测开机时舵机的工作性能，二则是直接预设角度，方便操作。在启动之后，通过摇杆，控制舵机，其大体流程如下图2所示。

图2 机械臂的运作大体流程

总结：Arduino这一平台则提供了这些条件，几乎零基础的硬件条件，容纳了那些零经验新人，各种可视化的代码程序为编写代码提供便捷。相信以后Arduino也会迎来许许多多的粉丝。