项目进展情况综合报告

项目进展情况综合报告

一、项目选题的背景

随着科技的发展，机器人技术是未来科技的发展方向,尤其是仿人机器人。但是仿人机器人目前还只停留在实验室阶段，还无法成为一种大规模生产的产品为大家服务。特别是仿人五指灵巧手，由于手指尺寸细小，关节复杂，难以输出人手指的力，所以握持物体仍存在困难。基于此点，我们想设计制作一种多自由度仿人三指取书机械手，一取书动作简单，易于即可实现，而且图书重量并不大，手指输出力量可以达到并实现仿人三指手的稳定握持；二实用性强，特别是此机械手可以帮助残疾人或手部不便利的老人取书架上的图书，制作成服务型机器人可投入量产服务大众。

通过这一项目，我们学习并掌握了机械设计的相关内容，单片机控制的知识，并且通过绘制图纸更加熟练掌握了CAD、PRO/E等绘图软件，对零件的装配与调试更是大大锻炼了我们的动手能力，最重要的是通过这个项目让我们深入理解机械与电子的结合。

二、项目成员的情况及导师指导情况

项目组成员

项目组负责人：曹旻灿，机械工程学院09级本科生

特长：在机械设计方面有较强的领悟性，熟练掌握CAD，PRO/E等机械常用设计软件，

动手实践能力强，算法设计能力强

分工：统筹整个项目的安排，协调项目组成员之间的研究成果并融入到整个项目中，

主要承担起图纸的绘制，装备的装配和调试，软件与硬件间偏硬件部分的衔接项目成员：门俊峰，机械工程学院09级本科生

特长：物理学尤其是力学部分出色，matlab仿真方面有较大兴趣

分工：主要承担理论部分的研究，对设计方案技术要求方面的计算，安全性的计算，

机械手物理性能方面的计算，图纸的部分绘制

项目成员：徐征宇，自动化学院09级本科生

特长：单片机运用娴熟，部分掌握嵌入式系统，PLC的知识，程序编写与调试能力

强

分工：机械手电气方面的设计与优化，自动化控制方面的设计，程序的编写与调试

导师指导情况

张志胜老师对我们的项目提出了很多建设性意见，比如使用同步带轮传动，改进关

节式机械手的设计等；帮助我们借用了实验室及相关设备；督促我们的项目进度；解答

我们所遇到技术难点，指引我们的研究方向。

三、项目的创新点与特色

这个项目的创新点就在于这是一台五自由度仿人三指机械手，其仿人在于机械臂通

过同步带轮与齿轮组进行传动类似于人的筋腱，三个手指由于尺寸结构较小未做成关键，

但其大小与人手类似，最重要的取书过程也是仿人，人的取书过程可谓十分灵巧，省力

方便且运动路程短，我们制作的机械手也拟合这一过程。此机械手在尽量减小手部自身

重量的前提下，尽量增大其输出力量，这也是此机械手的难点和技术创新的部分。

仿人的创新在于迎合未来科技发展趋势，随着仿人五指灵巧手的发展，机械手可以

代替人手做很多精细的工作。

我们这个项目另一创新就是非常有实用性，这个机械手可继续研究制作出服务性机

器人，帮助残疾人及手部不便利的老人，抓取书架上的图书。并且图书馆大量库存图书，尤其公共图书馆借阅量大，由于人力资源有限无法做到图书完全有序排列，增大了

读者寻书的难度。这个仿人手取书机械手配合图书定位系统及小车，可以做成图书馆服

务型机器人，帮助任何读书迅速方便的取得自己所寻找的书籍。

四、项目实施的进展情况及初步取得的创新成果

该项目2011年6月开始实施，通过查找大量的文献资料，通过一个月的时间完成了项目的理论铺垫，制定了完备的设计方案；并且利用了半个月的时间，完成了设计图纸的绘制；交由工培中心进行零件加工并完成；在项目开始的前四个月内已经完成了机械手的装配和机械调试，目前机械手已经可以按照单片机简单的程序进行控制；到目前为止，机械手自动化控制程序已经编写一半。

我们设置了肩，大臂，小臂，两指，中指，五个自由度，从而实现全方位的空间姿态。

大臂小臂通过同步带轮机构实现转动，并且在小臂中设置反转机构，使得小臂转动时，手掌部分与地面保持相对水平。

我们机械臂的设计避开了传统关节型机械臂的弊端，利用同步带轮与齿轮组进行传动，这一过程类似于人的筋腱。因为传统关节型机械手要求电机安置在机械臂关节附近，下一级关节的电机不可避免的成为上一级关节的额外负载。我们的设计避开了这点。

因为取书的需要，在小臂部分我们设计了反转机构，在小臂转动α角的时候，手掌正好反转α角，第一次安装时手掌与地面水平，之后的旋转均可保证水平。

仿人机械手本身指尖力矩较小，我们在尽可能增大指尖动力源，又不大大增加大臂关节电机负担的情况下，进行一定的结构尝试。

该项目的控制系统是以STC89C54RD+单片机为控制核心。该单片机芯片具有易于使用，成本低廉的特点，比较适合这一项目。

控制系统的输入是一个4X4的矩阵键盘，矩阵键盘可以节约比较宝贵的单片机IO资源，由于本系统涉及电机比较多，控制信号占用了很多IO口，使用矩阵键盘作为控制输入很符合我们的设计要求。

控制系统的输出主要是五个电机，总共三种型号，电机的资料如下：

电机型号扭矩相电流驱动方式

39BYG25034 0.12N*M 0.4A L298N驱动芯片42BYGH418 12N*M 0.4A L298N驱动芯片（带减速器）

57BYG250-76 1.5N*M 3.0A TB6560驱动芯片

L298N驱动芯片可以驱动相电流2A一下的步进电机，具有驱动平稳，比较稳定的特点，可以用来驱动所使用的电机，保证了电机具有足够的输出力矩。

TB6560芯片是由Toshiba公司出品，该芯片的主要特点是驱动电流极大，达到3.0A，峰值时可以达到3.5A，完全适用于我们选用的这一款步进电机。同时这一块芯片还具有相电流可调，细分可调，衰减可调的功能，使用极为方便。

选用以上两款驱动芯片可以说是在有限的资金条件下做出的合适的选择，避免购买价格昂贵的步进电机驱动器，

以上电机均为两相四线制，驱动方式采用半步方式，一个周期有八拍：

八个状态：1、在A与A-正电压，B与B-不给电悬空；2、在A与A-正电压，B与B-也给正电压；3、A与A-不给电压悬空，B与B-正电压；4、A与A-给负电压，B与B-给正电压；