可编程自助取物机械臂

一、概述

1.研制背景：病人卧病在床时，行动不便。因此我想设计一个可以让病人进行简单自我照顾的产品，既给患者建立信心，也能减轻护理人员的劳动强度。

2.产品简介：通过单片机控制伺服电机，实现机械臂的旋转、伸缩和简单抓取，通过增加伺服电机的数量及调整物理连杆的长度，实现不同距离的自助取物。

二、研制过程

1.项目设计

（1）确定伺服电机类型：采用单总线通信方式，其最大特点就是电机之间可串联，多种角度工作模式切换简单，只需一条命令即可实现电机的控制。

（2）确定电机负荷：左右旋转、前后翻转的电机的负荷按照2千克设计，机械爪子抓取的伺服电机按照按照3千克选定，电机扭力15千克/厘米。

（3）确定伺服电机的数量：控制机械臂前后翻转的伺服电机设为3个，控制机械爪子闭合打开抓取的伺服电机设为1个，控制机械爪子翻转的伺服电机1个。为了增加灵活性及取物距离，可以增加电机数量。

（4）确定单片机及遥控器通信模块：单片机型号为IAP15W4K61S4增强型单片机，具备4KB的SRAM；遥控器选用普通索尼遥控器，通信方式为蓝牙通信，有效通信距离6米。

2.硬件安装

（1）准备：备好螺丝刀、钳子、配套螺丝及相关支架。

（2）组装：从下到上如图所示组装。

（3）动作编程调测

通过单片机的USB接口和笔记本电脑相连，运行单片机控制程序，通过对单个伺服电机动作的控制从而完成对机械臂单个动作的的编程，也可以使用智能手机，通过蓝牙模块，实时控制机械臂的动作。

（4）机械臂动作与遥控器器绑定

本项目选定按键均能与单片机中编程的动作绑定，最多可绑定12套动作。

三、应用前景

1.增加语音模块，实现语音控制；

2.增加可编程履带底盘，加装摄像头，实现较大范围内的自助取物。

3.产品造价500元左右，性价比高；控制简单，可在有需求的环境中推广使用。

（指导老师/高琼林 魏 炯）

【注：本文2016年首届泛湘西北（常德）青少年创客大赛一等奖获奖作品，原文有删节。】