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机械手臂范文1
由度机械手臂实验装置，VC++上位机界面通过串口控制机械手臂的运行，借此六自由度机械手实验装置可以在实验室内测试各种控制算法和控制理论，为机械手控制研究提供极大的便利。
关键词：机械手 模块设计 控制系统
机械手主要应用于劳动密集型的加工行业，代替人类完成单调重复的劳动，提高生产效率和产品合格率。机械手的应用扩大了人的手足和大脑功能，使人类避免从事危险、有害、低温和高热等恶劣环境中的工作[1]。目前已广泛应用于汽车制造、家具制造、服装加工等领域。
1 机械手机构设计
1.1 底座结构设计 底座是用于安装手臂、动力源、控制器和驱动机构的支架。本机械手底座支架装有一个减速电机和一个智能控制器，如图1所示：
1.2 手臂结构设计 手臂是连接底座和手部的中间部分，有无关节臂和有关节臂之分，目前采用的手臂大多为无关节臂[2]，本文采用有关节臂。
手臂的作用是引导手部准确的抓住物体，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够准确的工作手臂的三个自由度都要准确的定位。本机械手手臂结构采用三个SR-403P舵机及其相关卡口工件组成，三个自由度可使机械手手臂结构更加自由灵活地运动，手臂结构如图2所示：
1.3 手部结构设计 手部安装在手臂的前端。手部由两个舵机控制，从而实现手腕的反转和手指的关闭。
机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节三种[3]。手指的数量又可分为二指、三
指、四指等，其中以二指用的最多，设计时采用的二指结构，其中一指固定，另一指由舵机控制。手指可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作的需要。所谓没有手指的手部，一般是指真空吸盘或磁性吸盘。机械手手部结构包含两个自由度，一个自由度用于夹持物件，另一个自由度用于反转手腕，两个自由度均由HS-7955TG舵机实现，手部结构如图3所示：
机械手装配完成后的整体设计效果图如图4所示：
2 机械手臂驱动设计
常见的驱动机构主要液压驱动、气压驱动和电气驱动。其中以液压驱动、气压驱动应用的最多，而电动驱动应用的比较少。液压驱动主要是通过缸、阀、油泵和油箱等实现传动。具有体积小、作用力大，动作平缓，调速方便等优点，但需要配备油泵等动力设备，系统复杂，成本较高。气压驱动所采用的元件为气压缸、气马达、气阀等。以空气作为动力传递媒介，具有维护简单、方便，运行清洁，但因空气的可压缩性比价高，一般难以线性控制。电气驱动采用的不多，一般以电机作为动力源，用大减速比减速器来驱动执行机构，系统简单，维护方便，但因电机功率原因，很难达到较高的功率输出，不适合高负荷野外工作。
2.1 机械手驱动方式的选择与设计 因为本文所设计的六自由度机械手为实验室内部研究使用，故不需考虑能源供给和功率问题，反观液压驱动和气压驱动都需要庞大的配套系统来支撑驱动，所以本文采用电气驱动方式。驱动元件主要包括减速电机和舵机。图1中的减速电机采用OpenCS5A/8A智能驱动器进行控制，实现其速度控制和位置控制。OpenCS5A/8A是一款应用最新的DSP控制技术开发的集运动控制、驱动、PLC功能于一体的智能控制
与数字伺服驱动器，内嵌高级运动控制语言（TML），使其易于实现无刷直流，无刷交流（矢量控制）旋转或直线，有刷伺服电机的单轴与多轴控制。机械手的其余关节使用舵机控制，舵机是一种位置伺服的驱动器，控制信号是PWM信号[4]，利用占空比的变化改变舵机的位置。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分的脉宽一般在0.5ms-2.5ms范围内，其实是利用调节固定周期内的占空比来控制角度的变化。具有控制简单，安装方便等优点。
2.2 机械手控制系统通信设计 机械手的控制系统设计主要包括驱动机构（减速电机和舵机）的控制、上位机控制界面的设计以及上、下位机之间的串口通信等。机械手控制算法经上位机解算后将控制信息经串口发给下位机MCU，下位机根据位置信息分别控制各个减速电机，从而实现机械手的精确控制[5]。
3 基于VC++的控制界面设计
上位机控制界面主要包括五路舵机控制区、一路电机控制区、机械手运行示意图等几个部分，如图5所示。
舵机控制采用滚动条的方式，并将每个舵机转动的角度实时显示在右侧的编辑框内；电机控制采用速度控制，主要包括电机的正转、反转、停止等；机械手运行示意图显示机械手的运动情况，当某个舵机或电机运行时，示意图上相对应的舵机或电机位置将会加亮，表示这一舵机或电机正在运行[6]。
4 结论
论文主要提供了一种机械手的设计思路，进行硬件制作和控制系统的设计，最终实现机械手的实时控制。解决了减速电机控制、多路舵机控制和上、下位机之间串口通信等难点问题，为实验室机械手位置控制算法的研究提供了实验研究基础，为实验室研究机械手更加精确而又复杂的控制算法提供了实验平台。
参考文献：
[1]范小兰，赵春锋.基于PLC的机械手控制在MCGS中的实现[J].制造业自动化，2012，34（18）：6-8，25.
[2]关明，周希伦，马立静，宋蔚.基于PLC的机械手控制系统设计[J].煤矿机械，2012，34（14）：120-121，142.
[3]张普行，严军辉，贾秋玲.六自由度机械手的运动学分析[J].制造业自动化，2011，33（20）：68-71.
[4]付丽，刘卫国，伊强.单片机控制的多路舵机用PWM波产生方法[J].驱动控制，2006，29.
机械手臂范文2
这种脑电波连接在一起的设备可以抓起使用者希望得到的物体，该系统使用微小电极直接植入初级运动皮质，这是大脑控制运动的区域。信息通过大脑皮层上的一个“小盒子”发送，这个小盒子通过连线与一个小型冰箱大小的计算机连接起来，之后计算机将大脑运动模式以一定的运算法则进行解析，能够直接将指令传达至机械手臂。
美国罗得岛州普罗维登斯市退伍军人事务部神经病学家里海-霍兹博格（Leigh Hochberg）说：“我们的最终目标是开发神经学技术，为那些无法控制四肢的瘫痪群体恢复移动性。我们希望直接提供大脑信号来指挥和控制辅助设备或者肢体。”
霍兹博格和布朗大学大脑研究学会主管约翰-唐纳休（John Donoghue）曾在2006年合作完成了“脑门”工程，显示一位患者如何使用大脑-计算机神经界面来控制计算机光标。他们的这项最新研究发表在5月15日出版的英国科学期刊《自然》杂志上，更近一步地研究出一个单独的神经学通道从大脑向机械手臂传递信息。
霍兹博格称，现已对两位患者进行了实验，一位男性和一位女性患者由于中风导致丧失肢体活动和语言能力。在实验中，这两位患者均能移动机械手臂来抓住泡沫球，女性患者自15年前受伤之后首次能端起一个金属咖啡杯，并用一根吸管饮用咖啡。他说：“这位女性患者面部出现的笑容是我和研究小组成员无法忘记的。”
研究人员警告称，两位患者成功操作的概率大约是66%，目前并不能像人类手臂一样实现快速精确的操作。这项实验为数百万瘫痪患者带来了希望，尤其是由于中风或者其他物理性创伤所导致的身体瘫痪现象。
研究人员将一组婴儿阿司匹林大小的电极植入患者大脑运动皮质，在这里96个头发般纤细的电极能够获得大脑信号，并将大脑信号发送到头皮顶部一个便士大小的盒子。这个盒子是一种信号发射器，能够中继大脑信号传送至计算机，从而控制机械手臂。
唐纳休指出，每个神经元就像是一个无线电广播塔，能够释放信号产生一种图案模式。计算机通过一定的软件运算法则可以将这种图案模式转化为控制机械手臂向左或者向右的指令。
下一步将装配“脑门系统”至患者可以穿戴的义肢，研究人员将他们最新研发的系统与研制起搏器和深度大脑刺激器(目前用于帕金森氏症患者治疗)的工程学和神经科学进行了对比，起初该系统装置处于实验状态，且成本昂贵，但目前这些装置已非常普通，人们能够承担。
霍兹博格说：“毫无疑问地讲这种装置是非常成功的，它能够让那些迫切需要的群体经济能力承担得起。”
机械手臂范文3
Step 1 工具和材料
工具：由于不少金属和塑料材料都需要我们进行加工，因此以下工具是必备的：用于切割的旋转锉刀，一个好用的电钻，以及30W的电烙铁。
材料：
螺丝螺帽若干；NES手柄连接器；塑料扎带；NES手柄(其他同类型的手柄也行)；一个铅块用于配重(或者其他合适的重物)；一些塑料齿轮，留着备用。
Step 2 拆解打印机
剩下所需的大部分零件都是从一台坏掉的惠普打印机上拆下来的，所谓物尽其用嘛。类似的打印机也可以拿来拆解，当然前提是这台打印机确实已经报废了。咱们先把打印机的外壳部分拆下来，后面很多部件可以直接从这上面取材加工。比如这一大一小两个步进电动机就是来自打印机的尸体。后面我们要把这两个电动机用在机械臂的关节等部位上，以提供动力。
Step 3 金属部件加工
找来一些金属板之类的东西相信对各位来说也不是难事。不过咱们还是继续发挥废物利用的精神，只需要一个变压器的铁芯基本就能搞定这些金属小件。在加工之前，咱们先得画好图纸样板，接着就按照样板用旋转锉刀以及电钻进行切割和钻孔工作吧。手上活一定得细，不光是讲究造型，合适的大小才能保证后面能顺利进行装配。造型做好以后，最好再上点涂料防腐蚀。最后我们一共得到这5个金属小件，可千万别小瞧它们的作用。除了这几个小件，还得做机械臂的支架部分。还好我们一样可以从打印机上面取得两个长铁块，然后咱们把它们焊接成一个U型，如果你怕自己焊不好，可以交给街边的修理铺什么的帮忙焊一下。焊接好以后，咱们再按照前面做金属小件的方法补上几个件，原则还是一样，尽量精细一点。最后把所有的金属件汇总―下，看看有没有什么遗漏的。同样地，咱们还是上点漆保护―下。
step 4 塑料部件加工
处理完金属部件，咱们再来处理塑料的部分。先在打印机的侧面找到这个之前安装齿轮的部位，然后以凹孔为中心裁剪出一个菱形，留着后面装配齿轮和步进电动机。
接着在一块平板上裁剪出这样几个小件，先画出模板，再依次切割加工。钻好孔安装螺丝，后面再用来固定底座。
step 5 制造底座底座的材料咱们还是以木材为主，这样方便固定。当然了，得尽量选择结实平整的木料。首先我们准备好以下几件木材：一块54X16厘米的长木板，一块11x11厘米的方木板，四个2x3厘米的小木块。接下来按照图中的样子把四个小木块放在长木板上调整好合适的距离，总之要和我们之前从打印机上拆下的钢管长度相适宜。然后再用之前做好的凸型部件结合螺丝，把钢管固定在小木块上。仅仅这样当然是不够的。我们还得用11X11厘米的方木板做一个平台，好让机械臂能在上面横向移动。平台和钢管的连接处则利用之前准备好的套环和塑料扎带来固定，调整好位置后把平台取下来，等安装好支架再放上去。做活做全套，最后还是给所有的木料上下漆吧。
Step 6 组装机械手
控制机械手的关键元件是一个伺服电动机，这玩意儿可以从网上搞到。至于其他的部件大家同样可以看看身边有没有合适的材料可以物尽其用。这里我们还是从塑料板上裁剪出了几个部件，然后再用螺丝和齿轮装配成机械手的骨架，记住两个齿轮一定要能够顺畅地咬合。然后就得让伺服电动机上场了，这玩意儿的功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度，是自动控制设备中常见的元件。咱们先把它用螺丝固定在机械手的上方，再找来一根8厘米左右长度的铝管来做机械手的前臂。
step 7 组装肘部
要组装好肘部，咱们得先把之前准备的几个金属部件组装成图中的形状。然后把小号的步进电动机组装在上面，只要前面的活够细的话，组装起来应该没太大问题。
Step 8 组装前后臂
组装前后臂的关键是做好连接杆。拿出之前准备的Y型部件，再利用两个凸型部件把齿轮固定在Y型部件的中间，接着再组装到肘部上。最后在Y型部件的后面固定好一根20厘米左右长度的铝管作为后臂。
Step 9 完成支架
支架部分一定要够牢固，而且得多试验下机械臂合适的高度，千万别因为配重不平衡而东倒西歪。
把之前焊好的U型部件固定在平台的一边，并安装上一根连杆，在连杆一端安装好一个较大的传动齿轮，
接着按照图中的样子组装好另一个U型部件，并把它固定在相邻的平台另一边。这个U型部件是用来安装另一个步进电动机的。
接下来拿出之前准备好的菱形部件，把齿轮安装在上面，最后再安装上另一个步进电动机，确保它能顺畅地带动这个齿轮。
然后把用于配重的铅块固定在后臂上，调整好合适的位置后，再把连杆通过几个小部件固定好。这样一来，机械臂的支架就算基本完成了。
Step 10 安装履带
最后咱们再来做一个小型的传动履带，用来带动机械臂在底座上横向移动。当然，还得在履带中间用些小技巧来卡住平台。
现在我们还得另外找一个电动机，安装在履带的一端以提供动力。记得要让履带保持一定的张力，让齿轮能顺畅地带动履带。
履带和电机都装好以后，把平台安装上去好好调试―下，看看会不会发生卡壳等问题。
Step 11 组装电路板
电路板也是从别的玩意儿上拆下来再依次安装元件的，对于经常玩电路的同学来说也没有太大的难度，只需在焊接的时候细致一点。电路板包括一个小板和一个大板，咱们先来看小板，小板是用来驱动电动机的，包括一个pic 16f628a单片机芯片，一个uln2003电路，搞定后连接在大板上。接着是大板，咱们得把NES手柄连接器装在上面，顺带再安装一个LED做指示灯。
Step 12 编程
至于给单片机编程的工作，就要靠各位自己去研究了，同样地，我们会把编程代码和设计图纸放在《Geek》论坛上，提供给有兴趣的同学。总之这里用的主要是JDM编程器和WinPic 800编程软件，分别给大板和小板编好控制程序。
Step 13 最后组装
激动人心的时候到了。所有的步骤搞定后，咱们可以来进行最后的组装。总之该接的接上，该调试的调试。最后咱们只需接上NES手柄，就可以好好地调教一下这个个头虽小却灵活十足的“怪手”了!
机械手臂范文4
【关键词】初中生；手机；弊端
初中生携带手机有其积极的意义和作用：
第一：学生携带手机能方便与家庭的联系。有一些学生学习不自觉、行踪和行为难以掌握，家长便主动给孩子配了手机，定时或不定时地关注监控孩子的行踪。这方便了家长对孩子的管理和教育，有效防止不必要事件的发生。特别是住校学生，使用手机大大便利了家长的接送。在当今复杂的社会背景下，发生意外事情也可以随时通过手机联系、呼救家长、老师或相关人士。
第二：利用手机，学生能够直接向老师或者向学校领导反映情况。
第三，便于促进同学之间的感情交流和扩大交际圈。现今的初中生学习任务和压力日益沉重，不少学生深陷于课业负担之中。在紧张的学习之余，与同龄人通过手机进行跨空间的交流对话，有助于压力的释放，排解一些不愿与家长、老师沟通的苦恼。同时通过手机与老师、同学进行讨论交流，也能在狭窄的地理空间获得较广阔的交际空间。
第四，学生使用手机能加速信息吸纳、增加对社会信息的掌握。智能手机作为网络通讯的组成部分，无疑能让学生更广泛地接触社会、增加对社会信息的掌握。
第五，使用手机可以体现独特个性，增添生活情趣。手机作为通信领域里的弄潮儿，它较高的科技含量、较短的更新周期、新颖的设计，成为学生追逐时尚、体现生活品味的追求。手机特别是智能化的高端产品为新一代的学生炫出自我风采、展现自我生活个性的心理需求提供了条件，因而增添了生活情趣。
第六：大部分手机拥有可以随时使用的功能。如拍照、闹钟等，以便在某些特殊时刻使用。
第七：手机的体积很小，方便携带。
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1、后台进程限制：首先我们手机的进程限制一般默认都是为标准限制的，所以我们可以进入到手机的【设置】-【开发者选项】，找到【后台进程限制】，然后选择【不超过x个进程】，数值最好偏低一些，这样给手机足够的运行空间。
2、GPU渲染：第二个小技巧我们可以通过减轻GPU的负担，从而使手机使用起来更加顺畅一些。可以点击手机的【设置】-【开发者选项】，然后开启【强制进行GPU渲染】，这样会强制使用GPU进行2D绘图，这个功能对手机耗电有一丢丢影响，是否开启还是根据个人实际情况而定。
3、更改动画缩放速度：同时我们还可以通过减少过渡动画的时间，来让手机的运行速度变快一些。进入手机的【设置】-【开发者选项】，然后点击【窗口动画缩放】【过渡动画缩放】【动画程序时长缩放】，把它们的缩放速度调整为0.5x，这样手机可以运行可以流畅些。
（来源：文章屋网 ）
机械手臂范文6
关键词：PLC 机械手 自动控制
1、系统构成
机械手主要由执行机构、驱动机构以及控制系统组成。执行机构由机械手的手部以及手臂组成，目前大多机械手的运动都是靠各关节之间的运动来完成的，而大多机械手的关节采用的都是转动机构或移动机构。通过在机械手的手臂的内孔里安装相应的转动轴，使其手臂在关节处通过驱动机构进行旋转，并把转动结果传递给手腕，即可实现机械手臂的转动和手腕的伸屈动作；通过移动机构来实现机械手臂的升降动作。通常情况下，机械手的手臂都拥有三个自由度，这样才能使得手臂完成完整的定位工作。驱动方式主要有电机驱动、液压驱动以及气动驱动三种方式，具体可分为直线/摆动油缸驱动、电液脉冲电机驱动、交/直流伺服电机等等。本文所讨论的机械手所采用的驱动方式是气动驱动，通过气源、气动三联件、电磁阀、节流阀以及各种气缸等气动组件对机械手的运动进行驱动。
机械手的控制系统有基于各种单片机、基于PLC的控制系统等等。PLC控制系统的硬件主要有CPU、信号处理模块、功能模块、接口模块、电源模块、通信模块、编程模块等组成。PLC控制具有实时性、高可靠性、系统配置简单灵活、I/O卡件丰富、性价比高等特点，为机械手的高可靠性实时控制提供了条件基础。
2、机械手的机械系统
机械手由夹钳、升降气缸、安装工作位、加工站取料位、支架、左右气缸、分类站分类位组成。其主要工作是把加工站中已经加工好的工件1移动至安装工作位中，完成后发出安装请求，等待安装站把工件2安装到工件1中后再把组装好的产品移动至分类站分类位中。机械手所需要实现的动作主要有以下几个：（1）抓取工件的工作主要由夹钳完成。手臂通过左右气缸的配合由原位开始向加工站取料位转动，当夹钳位于加工站取料位上方时停止转动并对取料位进行检测，若有工件，则通过升降气缸的运动使夹钳向工件运动，最后抓取工件；（2）当夹钳抓取工件的工作完成后，通过升降气缸的运动带动手臂上升到指定的高度，再由左右气缸的运动使手臂开始旋转。当旋转到安装工作位时放下工件并上升至指定高度，发出安装请求信号，待安装完成后再次抓取工件，并向分类站分类位转动，最终放下组装好的工件；（3）待以上工作全部完成后，手臂退回至初始位置，等待进行下一轮工作。
3、机械手的控制系统
3.1 控制系统硬件布置
该搬运机械手控制系统的检测与执行的电气元件的布置示意图如图1。
左缸电磁阀1V、右缸电磁阀2V、升降电磁阀3V、夹紧电磁阀4V分别控制着左气缸、右气缸、升降气缸以及钳爪气缸的运动。当1V2、2V2得电后，左右气缸伸出，此时机械手臂向加工站工作位上方转动；当1V2、2V1得电后，左气缸伸出，右气缸缩回，机械手臂向安装站工作位上方转动；当1V1、2V1得电后，左右气缸缩回，机械手臂向分类站分类位上方转动；当4V1得电后，夹钳进行工件夹紧操作，断电后进行工件放松操作。依据图，PLC控制系统共有12个开关量输入信号（3个起停控制信号、6个位置检测信号；3个联络信号）和8个开关量输出信号（4个电磁阀控制信号、4个联络信号）。该控制系统的输入输出信号的I/O地址分配如表所示。
3.2 PLC控制程序
该PLC控制系统具有单站控制、联络控制、停止控制三种控制功能。M0、M1分别记忆联络、单站起动信号，两者互斥。SB3为停止按钮，按下时M0、M1均断开。PLC控制系统通电后，机械手首先进行复位动作（4V断电、3V断电、1V2得电、2V2得电），回到取料位上方，当3S2、1S2、2S2都处于接通状态时表示复位动作完成，机械手处于等待状态S20。单站控制方式中，机械手在经过一定延时后直接进入S21，而联络控制方式则在接收到3C4信号后进入S21.此后，机械手即开始对工件的正式搬运工作。单站与联络控制方式的不同之处就在于单站控制方式是按时间延迟来进行控制的，而联络控制方式则在相应的指令信号到来时才对机械手进行相应的控制。
4、结语
基于PLC控制的机械手在工业生产中能很好地实现工件的搬运工作，我们在实际的研究和应用中，我们要多加强PLC在机械手控制中的分析和研究，切实改善其可靠性，提高了生产效率。
参考文献
