關(guān)于助老機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)

1、綠色質(zhì)量觀察作者簡(jiǎn)介： 于文龍 (1991-) ， 男， 碩士研究生， 研究方向?yàn)榭刂乒こ?。關(guān)于助老機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)The Design of the Old Mechanical Arm于文龍（ 山東科技大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 , 山東 青島 266590 ）Yu Wen-long (College of Electrical Engine and Automation,ShandongUniversity of Scienceand

2、 Technology,Shandong Qingdao266590 ）摘 要： 當(dāng)今社會(huì)， 老年人在整個(gè)社會(huì)群體中占據(jù)重要的比例。 老年人的需求越來(lái)越引起人們的重視。 在此背景下，該文設(shè)計(jì)了一款助老機(jī)械手臂來(lái)幫助老年人對(duì)物體進(jìn)行抓取， 滿足老年人日常生活的需要。 文中簡(jiǎn)單介紹了機(jī)械手臂的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)， 對(duì)系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行了說(shuō)明和講解， 分析介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件組成，設(shè)計(jì)了以 stm32 單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng)采用上下位機(jī)

3、的控制形式， 選用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂關(guān)節(jié)， 在系統(tǒng)軟件控制下， 實(shí)現(xiàn)各種功能。關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂； 本體結(jié)構(gòu)； 控制系統(tǒng)； 舵機(jī)中圖分類號(hào)： TP241.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1003-0107(2017)03-0038-05Abstract: In the modern society,the elderly occupy an important proportion in the entire social groups.Th

4、eneeds of the elderly attract more and more people's attention.In this context,this article designed a mechani-cal arm to help the elderly to crawl the object for meeting the needs of the elderly daily life.In this p

5、aper,themechanical structure of the manipulator is briefly introduced,and the working flow of the system is explained.The hardware and software components of the system are introduced and the control system with stm32 is

6、designed.The robot adapts control form of two piece of single ship control,which drives the movement jointsbased on steering engine.We can achieve its various functions with the software system control.Key words: mechani

7、cal arm;mechanical structure;control system;steering engineCLC number: TP241.3 Document code: A Article ID： 1003-0107(2017)03-0038-050 引言隨著醫(yī)療水平的提高和人們生活水平的改善， 我國(guó)的老年人數(shù)量呈現(xiàn)整體上升趨勢(shì)， 我國(guó)正在逐步進(jìn)入老齡化社會(huì)。經(jīng)過(guò)人口普查， 當(dāng)前我國(guó)的人口不同年齡段的人口情況如圖 1

8、所示。圖 1 各年齡段人口比例圖從圖 1 中我們可以得知， 老年人在我們?nèi)丝诳倲?shù)中占有重要比例。且在二十年之后， 老年人的數(shù)目和比例更會(huì)有較大的提升， 因此他們的生活需求很值得引起人們的重視。越來(lái)越多的老年人一方面給個(gè)人和家庭造成了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，另一方面還給國(guó)家的醫(yī)療系統(tǒng)和社會(huì)保障體系產(chǎn)生巨大的壓力。在當(dāng)前情況下， 如何解決生活不能自理的老年人的護(hù)理問(wèn)題已經(jīng)成了我們當(dāng)前的嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題之一 [1]。隨著年齡的增加， 老年人的身體機(jī)能會(huì)發(fā)生一

9、系列的退化。所以在不久的將來(lái)， 我國(guó)社會(huì)對(duì)于老年人保健產(chǎn)品的需求量將是十分巨大的。面對(duì)這一難題， 科技是解決這一問(wèn)題的唯一途徑。近年來(lái)， 機(jī)器人行業(yè)的工作重心比例發(fā)生了極大的改變， 不僅僅像過(guò)去那樣高度集中于生產(chǎn)制造業(yè)。相反， 越來(lái)越多的機(jī)器人廠家看到老年人群體的潛在需求， 為助老產(chǎn)品的開發(fā)做出了巨大的38圖 5 STM32 單片機(jī)核心主控圖STM32 單片機(jī)在整套系統(tǒng)中起著重要的作用。 STM32 有 1~3 個(gè) ADC ，這些 AD

10、C 既能夠獨(dú)立使用， 也能夠采用雙重模式。 STM32 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模擬、 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有 18 個(gè)通道，可以測(cè)量 2 個(gè)內(nèi)部和16 個(gè)外部信號(hào)源，各個(gè)通道的 A/D 轉(zhuǎn)換可以單次、 連續(xù)、 掃描或間斷模式執(zhí)行 [2]。 ADC 的結(jié)果可以存儲(chǔ)在 16位的寄存器中 STM32F103 系列最少都有兩個(gè) ADC ，這里選擇的 STM32F103ZET 包含三個(gè) ADC 。 STM32 的 ADC的最大轉(zhuǎn)換速率為

11、1MHz ，轉(zhuǎn)換時(shí)間也就是 1μ s， ADC的時(shí)鐘不要超過(guò) 14MHz ，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)果精準(zhǔn)度下降。在系統(tǒng)工作過(guò)程中， STM32 單片機(jī)不斷獲得手指端力敏傳感器的電壓數(shù)據(jù)。 并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。2 FSR 力敏傳感器的設(shè)計(jì)FSR 薄膜壓力傳感器屬于力敏傳感器的一種。 相對(duì)于其他力傳感器， FSR 傳感器有著突出的特點(diǎn)，比如靈敏度高、厚度較小、 持久耐用等等。 基于這一系列的突出優(yōu)點(diǎn)，該傳感器的本質(zhì)是當(dāng)壓力值發(fā)生改變時(shí)