陳鵬+韓博+張俊博

摘 要：機(jī)械臂廣泛的應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，其形式多種多樣，采用DARM函數(shù)算法、Melzi控制板控制的書畫手臂，在生活中能夠廣泛應(yīng)用，而且具有著結(jié)構(gòu)簡單、控制精確、方便簡捷、實(shí)用性較高等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)現(xiàn)有的各種機(jī)械臂的介紹分析，明確書畫手臂的優(yōu)缺點(diǎn)，為進(jìn)一步的改進(jìn)與完善提供方法和途徑。

關(guān)鍵詞：機(jī)械臂；DARM；對(duì)比分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.249

0 引言

工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率。在工程機(jī)械、車間廠房、高危作業(yè)、產(chǎn)品生產(chǎn)線、汽車零部件等行業(yè)機(jī)器人都得到了應(yīng)用，并且經(jīng)濟(jì)效益、發(fā)展前景都十分可觀。伴隨著工業(yè)機(jī)器人的飛速發(fā)展，研究的不斷深入，機(jī)器人產(chǎn)品向高精度、高智能、可控性強(qiáng)和高性能方向發(fā)展。人們希望這種機(jī)器人也能走進(jìn)我們的日常生活中來，于是服務(wù)型的機(jī)器人逐漸走進(jìn)了我們的視野，因此也便有了低成本的、小型的、所謂的“桌面版”機(jī)械臂的產(chǎn)品。桌面版的機(jī)械臂雖不如工業(yè)版的具有力量大、精度高、速度快的特點(diǎn)，但在日常生活中，具有寫字、畫畫、拾物等功能，簡單方便，增加了趣味性的同時(shí)，又可學(xué)習(xí)到知識(shí)。以所研究的書畫手臂為例，進(jìn)行介紹分析，明確其優(yōu)點(diǎn)與不足，為以后的發(fā)展與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 桌面機(jī)械臂的發(fā)展情況

1.1 uArm

uArm是一個(gè)連桿式的機(jī)械臂，它的控制部分采用了便于編程控制的開源硬件Arduino，。其最大的特點(diǎn)是底部轉(zhuǎn)盤，所有動(dòng)力裝置都裝在這個(gè)地方以減少機(jī)械臂部分的重量，從而減少慣性動(dòng)作對(duì)穩(wěn)定性的影響，同時(shí)也能增加機(jī)械臂的負(fù)載能力以提高效力。

在功能上也與Leapmotion合作，玩家可以通過手勢操作機(jī)械臂，比如操控吸盤吸附非規(guī)則物體或者用機(jī)械手操控規(guī)則物體。在Processing后臺(tái)，玩家也可以對(duì)Leapmotion所開放的接口編程，把uArm變成你定制化的機(jī)械臂。

1.2 7bot

7bot機(jī)械臂其主要原型為ABB工業(yè)機(jī)械臂IRB2400，硬件結(jié)構(gòu)方面，7BotArm采用了6軸、全金屬設(shè)計(jì)，不僅更加牢固耐用，而且還可以在3維空間做更多操控。其另外一個(gè)特點(diǎn)是采用了定制舵機(jī)方案，可以設(shè)定舵機(jī)的輸出力矩大小和運(yùn)行速度，確保精度，還可以采用數(shù)字I2C總線接口，僅用四根線就可以串聯(lián)127個(gè)舵機(jī)。

7BotArm提供了多種控制方式，包括手勢、網(wǎng)頁控制、結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺等實(shí)現(xiàn)智能控制，可以覆蓋不同人群的不同需求。具體來說：

（1）增加了機(jī)器人視覺功能，可以完成打地鼠游戲、陪人下棋等諸多智能應(yīng)用。

（2）增加了軟件仿真環(huán)境，模型可以和現(xiàn)實(shí)機(jī)器人一一對(duì)應(yīng)，也可以在軟件環(huán)境中規(guī)劃好路徑然后下載到實(shí)際環(huán)境中去復(fù)現(xiàn)。

（3）增加了示教功能，用戶可以直接拖動(dòng)機(jī)械臂進(jìn)行軌跡規(guī)劃，然后記錄回放，在不需要任何編程的情況下就可以控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。

1.3 Dobot

DOBOT機(jī)械臂，號(hào)稱是全球首款高精度消費(fèi)級(jí)桌面機(jī)械臂，在能夠完成多種機(jī)械臂動(dòng)作的基礎(chǔ)上，具有價(jià)格低廉的特點(diǎn)，同樣是基于開源硬件Arduino控制的機(jī)構(gòu)，其精度為0.2mm。

DOBOT機(jī)械臂可以3d打印、寫字、畫畫，他的另一個(gè)強(qiáng)大功能就是腦電波讀取。使用者將傳感器戴在頭上，集中注意力，例如給出一個(gè)向左的信號(hào)，并記錄為向左的動(dòng)作，下次再遇到這個(gè)腦電波信號(hào)，它就會(huì)給出向左的動(dòng)作等。

2 書畫手臂的模型設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)簡介

書畫手臂由一個(gè)基座、一個(gè)末端執(zhí)行器、六根金屬連桿和電動(dòng)軸樞，以及同步輪和同步帶組成，這樣的機(jī)械臂可以在其活動(dòng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意的三維位置和位姿。每一個(gè)活動(dòng)的關(guān)節(jié)稱為一個(gè)自由度，共有3個(gè)關(guān)節(jié)，即為3自由度機(jī)械臂。機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，由Melzi控制板控制三個(gè)電動(dòng)機(jī)的工作，從而控制執(zhí)行端在X、Y、Z三個(gè)方向的移動(dòng)來進(jìn)行寫字畫畫

2.2 DARM函數(shù)詳解

控制機(jī)械臂運(yùn)轉(zhuǎn)的函數(shù)，主要有兩個(gè)，即正解函數(shù)和反解函數(shù)，下面詳細(xì)說明

2.2.1 正解函數(shù)

3 結(jié)語

uArm、7bot、Dobot三種機(jī)械臂控制精度高、功能強(qiáng)大、更加智能化，但其昂貴的價(jià)格也使很多人望塵莫及，書畫手臂雖不及這三種機(jī)械臂，但其具有價(jià)格低廉、操作簡單、結(jié)構(gòu)簡易、實(shí)用性較高等特點(diǎn)。能夠根據(jù)使用者的需要，方便的完成寫字畫畫等基礎(chǔ)功能，另外，書畫手臂還可以運(yùn)用在激光雕刻、3D打印等方面，在保證娛樂性的同時(shí)，還可讓廣大的使用者學(xué)習(xí)到很多的知識(shí)。在控制精度方面，書畫手臂仍有不足，但也有改進(jìn)的空間，相信在以后書畫手臂將會(huì)有很大的進(jìn)步。

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