基于Arduino nano和hc-05构建五自由度机械臂

五自由度机械臂(Arduino + PCA9685)

本项目展示了一个全功能的5自由度机械臂，该机械臂使用Arduino控制器，PCA9685硬件PWM驱动器和标准业余爱好伺服系统构建。它的设计价格合理，易于构建，适合学生，业余爱好者和任何学习机器人，运动学和嵌入式系统的人。

概述

机械臂包括五个独立的关节：基座旋转、肩部、肘部、手腕运动和一个抓手。PCA9685 PWM驱动器确保平稳和精确的伺服控制，而不会使微控制器过载。设计的重点是机械稳定性，平滑的运动，以及更先进的用例的可扩展性。

特性

•五个自由度，实现灵活运动

•平稳和准确的伺服控制使用PCA9685

•基于arduino的控制器，便于编程

•可调速度和运动轮廓

•支持串行或基于蓝牙的控制(可选)

硬件使用

•Arduino Uno， Nano或Mega

•PCA9685 16通道PWM驱动器

•爱好伺服器(MG996R, SG90， DS3218或合适的替代品)

•5V/6V伺服电源

•跳线，螺丝和安装底座

软件

•Arduino IDE

•PCA9685伺服驱动器库

•自定义移动功能，平滑过渡

•可选蓝牙或串行控制接口

它是如何工作的

Arduino通过I2C与PCA9685通信，并向每个伺服发送角度命令。PCA9685产生稳定的PWM信号，使手臂能够平稳准确地移动。运动插值防止突然的抽搐和提高稳定性。机械设计确保负载分布，减少伺服应变。

机械设计

手臂由轻质3d打印部件制成。关键的连接处加强了耐用性，几何形状进行了优化，以平衡扭矩要求。该夹持器设计用于安全地握住小物体，并可根据各种任务进行调整。

应用程序

•自动化和取放实验

•教育机器人

•嵌入式系统实践

•基于AI/视觉控制的原型设计

•机电一体化学习项目

布线的总结

•PCA9685信号输出连接到伺服控制线

•外部5V/6V电源供电所有伺服

•Arduino 5V为PCA9685逻辑供电

•SDA和SCL连接Arduino到PCA9685 (I2C)

•所有的地线必须连接在一起

未来的改进

•加入逆运动学

•ROS或ROS2集成

•基于视觉的目标跟踪

•采用反馈传感器的闭环伺服控制

•自动校准程序

结论

这款五自由度机械臂是学习机器人概念、伺服力学和嵌入式系统的绝佳平台。它是模块化的，低成本的，并且易于扩展，使其成为初学者以及探索更复杂自动化系统的高级用户的绝佳选择。

代码

本文编译自hackster.io