基于STM32的多自由度机械臂设计
基 于ＳＴＭ３ ２ 孙在 尚
【摘要 】随着科技的不断进步，机械臂特别是仿人型机械臂的发展非常迅速。其在人们的 日常生活、生产 中扮演着不可或缺 的角色。鉴于我 国机 械仿 生臂 技 术 以及控 制方 法较 西 方 国家落后 ， 目前 自主 研发 的机 械臂 在 使 用方便 性 以及 精度 上都 不尽 如人 意 。在 市场 上很 难 占有一 席之 地 为 了打破 西 方 国 家在这 一 领域 ，特 别是 高 端领 域 的 垄断 ，许 多国人 开始 关注 自主研 发 的机 械 臂 。对 于仿 人 型机 械 臂及 其控 制 系统 的研 究还 是 有深 远 的意 义 的 。为 了能 高 效稳 定地 控 制机 械臂 ，本设 计使 用 了数 字 式 六轴 陀螺 仪协 同作 业 ；上 位控 制 系统使 用ＡＲＭ微 处理 器—— ＳＴＭ３２Ｆ１０３芯 片， 用以 实现机 械臂 的 基本 动作 的控 制封 装 ， 包括 定位算 法 以及运 动控 制 等 ；它能按 照 生产 工 艺的要 求 ，遵循 一 定 的程序 、时
制 关 系是这 样 的 ： ０．５ｍｓ… …… …一０度 ：
１．０ｍｓ… …… …４５度 ； １．５ｍｓ… …… …９０度 ；
２．０ｍｓ… …一 ～１ ３５度 ： ２．５ｍｓ… …… 一１ ８０度 ； １．２ 陀螺 仪 的控 制 陀螺 仪的 原理 就 是 ，一 个旋 转物 体 的旋转 轴 所指 的 方 向在 不受 外 力 影响 时 ，是 不会 改变 的 。根据 原 理 ，用它 来 保持 方 向 ，制 造 出 来 的 东西就 叫 陀螺 仪 。陀 螺仪 在 工作 时要 给它 一 个力 ，使它 快速 旋 转 起来 ，一般 能达 到 每分 钟几 十 万转 ，可 以工 作 很长 时 间 。然后 用 多种方 法读 取轴 所 指示 的方 向 ，并 自动将 数 据信 号传 给控 制 系统 。 对 于 高速 旋转 的 物体 的旋 转 轴 ，对于 改 变其 方 向 的外 力作 用有
趋 向于铅直 方 向的倾 向。而且物 体在横 向倾斜 时，重 力会 向增加倾斜 的方向作用 ，而轴 则 向垂 直方 向运动 ，就产生 了当陀 螺仪经纬 仪的 陀 螺轴 以水平 轴旋转 时 ，由于地球 的旋转 而受到 铅直方 向旋转 力，陀螺 仪 的旋 转 体 向水平 面 内的子午 线 方 向产 生 岁差运 动 。 当轴 平行 于子 午 线而 静止 时可 以加 以利 用ＭＰＵ６０５０内部 整合 了３轴 陀螺仪 和３轴加 速度 传感器 ，并且 含有一个 第二 ＩＩＣ接 口．可 用于连接 外部磁 力传感 器 ， 并利用 自带 的数字运动 处理 器；硬 件加速 引擎 ，通 过主ＩＩＣ接 口， 向应用 端输 出完整 的９轴 融合 演算 数据 。有 了 ＤＭＰ，我 们 可 以使用 ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ公司提 供 的运 动处理 资料库 ，非常 方便 的实现姿 态解算 ， 降低 了运动处理运 算对操作 系统的负荷 ，同时大 大降低 了开 发难度 。
间和 位置 来 完成 工作 的传 送和 装卸 。 【关键词 】陀螺仪 ；ＳＴＭ３２单片机；舵机 ；多 自由度； 自动化控制
１．机 槭臂 的组成及原理
１．３ 控 制模 块 的控 制
机械 臂 主要 由驱 动模 块 、姿 态采 集 模块 、控 制 模块 和执 行 模块 组 成 。
１．１ 驱动 模块 的 精确 控制 控 制 信 号 由接 收 机 的通 道 进 入 信 号 调 制 芯 片 ， 获得 直流 偏 置
ＭＰＵ６０５０传感 器 的检 测轴 如 图所 示：
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ＳＴＭ３２一Ｆｌ０ｘ的优 点 ：最 高 １ＭＢ的闪 存 、 １ ２８ｋＢ ＲＡＭ 、６个 ＵＡＲＴ（７．５Ｍｂｐｓ）、３ ＳＰＩ接 口 （３０Ｍｂｐｓ）、支持ＩＥＥ１５８８ ＰＴＰ Ｖ２的 以太 网 媒 体访 问控制 器 （ＭＡＣ）、４ｋＢ备用ＲＡＭ、５１２字 节 的一次性 可编程 存 储器 （ＯＴＰ）。 １．４ 执行 模块 的控 制
为 了使 机 械 手 的通 用 性 更 强 ， 把 机械 手 的 手 部结 构 设 置 成 可 更 换 结构 ， 当工 件是 棒 型原 料时 ，使 用 夹持 式手 部 ，当 工件 是 板料 时 ，使用 气流 负压 式吸 盘 。
２。结果 与分析
以单 片机 为控制核 心，设计 出一套基于ＳＴＭ３２的多自由度机械臂 设 计 。使用 了数字式六轴陀螺仪传感器协同作业 ，陀螺仪会 以一 定的频率 不 断的采集 当前的空间位置信 息。并把位置信息通过ＳＰＩ通信协议发送到 ＳＴＭ３２单 片机上位机 ，上位控制系统使用ＡＲＭ微处理器——ｓＴＭ３２Ｆ１０３ 芯 片，用 以实现机械臂的基本动作的控制封装 ，包括定位算法 以及运动 控制等 ；单片机进行处理，控制ＰｗＭ波 ，从而控制舵机来控制触 手到达 指 定的空间位置，以实现精确 、自动化控制 。应用 的更为 广泛 为了能 高 效稳定地控制机械 臂，实现了多 自由度 ，空间立体式旋转 。
电压 。它 内部 有一 个 基准 电路 ，产 生 周 期为２０ｍｓ，宽度 为 １．５ｍｓ的 基 准 信号 ，将 获 得 的直流 偏置 电压 与 电位 器 的 电压 比较 ，获 得 电压 差输 出 。最后 ，电压 差 的正 负输 出到 电机 驱动 芯 片 决定 电机 的 正反 转 。当 电机转 速 一定 时 ，通过 级 联减 速 齿轮 带动 电位 器 旋转 ，使 得 电压 差 为０， 电机 停止 转 动 。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 分一 般为０．５ｍｓ一２．５ｍｓ范 围 内的角度 控 制 脉冲 部 分 ，总 间隔为２ｍｓ。以 Ｉ８０度 角度 伺服 为例 ，那 么对 应 的控
基于STM32的机械手臂控制系统设计
图２ ． １机械臂控制 系统结构
该系 统是通 过 计算 机 的事先 的编程 之后 ，通 过 数据 传输 下载 到 ｓ ｔ ｍ３ ２ 当中通 过控ｆ ｌ ｉ Ｊ ￣ ｓ ｔ ｍ３ ２ 的定 时器 产生 多路 的Ｐ ＷＭ波 。舵机 就会 依 据 给定 的Ｐ ＷＭ波 完成相 应 的运 动轨迹 或按照 预定 的计划完 成任务 。 ２ ． ３ 机械臂 的臂部 设计 因为机 械臂 主 要是 由臂 部组 成 ，所 以在进 行 臂部 设计 时应 当 着 重 注 意 以下 几 点 ： （ １ ）手臂 在机 械 臂 中起 着 重要 的作 用 ：它 不光 可 以 让物 体 进行 移 动而 且 还 能进 行 一些 操 作 。 （ ２ ）因 为机 械 臂 的 臂 部在 运动 中有 很大 负担 ，为 了减小 手臂 的 负担 ，需要 将手 臂 的截 面 形状 做 的更加 合理 。在 进 行 了各种截 面 对弯 曲度 的承 受力 的实验 后 发现 ，在 相 同力 的情况 下 ，工字 型 的截 面 能承受 的力 最大 ，因此 我 选择 使 用工 字 型截 面 做手 臂 的 截面 。 （ ３ ）因为 机械 臂 在 直 线运 动 中可 能会 发生 突然 的方 向转 换 ， 因此 ，为 了防止 机械 臂 的硬 件损 耗过 大 ，需要 采 用一 些装置 来 保护 机械 臂 。 同时要 采用 一定 形 式 的 缓冲 措 施 。 （ ４ ）为 了减 少 臂 部在 运 动时 会产 生 较 大 的转 动惯 量 ， 需要 将臂 部 的重量 减少 ，以免 在运 动 中产生 较 大 的误差 ，从 而影 响 机 械 臂 的整 体 运作 ，加 快机械 臂 的运行 速度 。 经过对预期任务 的特点和类型分析，该设计 需要机械臂具有较高 的 灵 活性和流畅性 ，因此在 多次 的比较和分析后 ，决定使用 多关节型机械 臂 。它不仅可 以灵活的完成预定任务 ，而且可以有更大 的运动空间 。 ２ ． ４ 机械臂 自由度选择 通 常将机械 臂是 由几个 传动结 构组成 的就称为几 自由度 。例如人 类 的 自由度高 达２ ７ 个 ，而 手臂 部分 的 自由度 一般 为６ 自由度 。所 以仿 照 人类 的特性 ，机械 臂 的 自由度 应 当选为６ 自由度 ，这 样 既符合 了身 体力 学并且动 力传输 效率也很 高 。为 了更加流 畅的完成抓 取物体 ，并 将物体 移动到 指定 的位置 ， 需要 采用６ 自由度 。而 ６ 自由度 的机械 臂的 控制较为 繁琐，所 以工 业和生活 中机械 臂的 自由度 多少 于６ 个。 ２ ． ５ 机 械臂 控 制器类 型 控制 器 的主 要任 务就 是按 照预 先 设计 的程 序进 行相 应 的任 务 ， 它是 机械 臂 中十 分重 要 的组件 。机 械臂 的控制 器就 相 当于 电脑 中 的 处理 器 ，只有 处 理器越 好 ， 电脑 的运行 速度 和 处理 速度 才会 越 快 。 对 于 机械 臂来 说 也一样 ，只有 控制 器越 好 ，才 能更 加精 准快 速 的进 行控 制 。从控 制器 的数 量 和机 械臂 的控 制 方式 可分 为 以下几 种 ：单
基于某STM32的机械臂运动控制分析报告设计
其中：
得到各连杆之间的变换矩阵
（2）
（3）
（4）
式中：s1,s2,s3,s4;c1,c2,cs3,c4分别表示sinθ1,sinθ2,sinθ3,sinθ4; cosθ1, cosθ2, cosθ3, cosθ4以下同。由矩阵(1）可知：连杆变换 依赖于 四个参数和 ，其中只有一个参数是变化的，对于本文所研究的机器人，显然只有 为变量，其余三个参数为常量。
图3.1 STM32
3.3
该设计的主控制模块的硬件系统包括电源电路、复位电路、系统时钟电路以及JTAG调试电路四大组成部分。
3.3.1
在硬件电路的设计中，电源模块的设计是非常重要的，如果不能妥善处理，不但会使电路不能正常工作，严重的还可能烧毁电路。因此，在设计电源时务必要注意如下几点：
（1）交流输入和直流输出尽可能保持更大的距离；
关键词：四自由度机械臂，STM32，运动模型，脉冲宽度调制
第1章
1.1
机器人运动学描述了机器人关节与组成机器人的各刚体之间的运动关系。机器人在工作时，要通过空间中一系列的点组成的三维空间点域，这一系列空间点构成了机器人的工作范围，此工作范围可通过运动学正解求得。此外，根据机器人末端执行器的位置和姿态要求，通过运动学逆解求得各个关节转角，可以实现对机器人进行运动分析、离线编程、轨迹规划等工作。
机器人控制的目的就在于它能快速确定位置，这使得机器人的运动学正逆解问题变得更为重要。只有计算与运动学正逆解问题相关的变换关系在尽可能短时间内完成，才能达到快速准确的目的。在运动学方程正解过程中，只体现在矩阵相乘关系上，相对简单。
1.2
本文所研究的机器人由四个旋转关节和四个连杆组成，故为四自由度机器人，如图1.1所示。
基于STM的机械臂运动控制分析设计
机器人测控技术大作业课程设计课程设计名称：基于STM32的机械臂运动控制分析设计专业班级：自动1302学生姓名：张鹏涛学号：指导教师：曹毅课程设计时间：2016-4-28～2016-5-16指导教师意见：成绩:签名：年月日目录摘要 (II)第一章运动模型建立................................................................................................ I II1.1引言 ............................................................................................................... I II1.2机器人运动学模型的建立 ............................................................................. I II (IV)第二章机械臂控制系统的总体方案设计 (V)2.1机械臂的机械结构设计 (V)V错误！未定义书签。
2.2机械臂关节控制的总体方案 (VI)2.2.1机械臂控制器类型的确定 (VI)2.2.2机械臂控制系统结构 (VII)2.2.3关节控制系统的控制策略 (VII)第三章机械臂控制系统硬件设计 (VII)3.1机械臂控制系统概述 (VII)3.2微处理器选型 .............................................................................................. V III3.3主控制模块设计 .......................................................................................... V III错误！未定义书签。
基于STM32的三自由度机械手臂
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基 本 结 构
STM32控制TFTLCD显示摄像 头拍摄到的图片对拍摄到的图 片进行目标提取并定位中心 用STM32的定时器三产生 PWM波对机械手臂的转角进 site here
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第一部分 用STM32控制TFTLCD显示摄像头拍摄到的图 片 STM32
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TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器
1，2.4 ’/2.8/3.5 ’3种大小的屏幕可选。 2，320 ×240 的分辨率 3，16 位真彩显示。 4，自带触摸屏，可以用来作为控制输
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OV7670
该图像传感 器体积小、工作电压低，提供单片 器体积小、工作电压低，提供单片 VGA 摄像头和 影处理器的所有功能。通过 SCCB 总线控 ，可以 输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率 8 位影像数据 由于OV7670的像素时钟频率很高，故不是用 单片机直接抓取的，而是用FIFO暂存数据，方便 LCD缓慢的读取
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实际拍摄并二值化效果
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第二部分 用STM32产生PWM波对机械手臂转角控制
机械手臂旋转原理
T=20ms, t=0.5ms T=20ms ,t=0.5ms-2.5ms 即脉冲占空比为2.5%-12.5%对应旋转角度
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对拍摄到的图片进行目标提取并定位中心
先将彩色图像变为二值图像，便于处理定位
再将图像缩小成原来的四分之一，建立一 个矩阵将这些数据储存，相当于储存了一 个二维图像矩阵
基于STM32的机械臂运动控制分析设计说明书
机器人测控技术大作业课程设计课程设计名称：基于STM32的机械臂运动控制分析设计专业班级：自动1302学生姓名：张鹏涛学号：201323020219指导教师：曹毅课程设计时间：2016-4-28～2016-5-16目录摘要 (V)第一章运动模型建立...................................................................................... V I1.1引言 ................................................................................................ V I1.2机器人运动学模型的建立.................................................................. V I1.2.1运动学正解 (VIII)第二章机械臂控制系统的总体方案设计 (X)2.1机械臂的机械结构设计 (X)2.1.1臂部结构设计原则 (X)2.1.2机械臂自由度的确定 (XI)2.2机械臂关节控制的总体方案 (XI)2.2.1机械臂控制器类型的确定 (XI)2.2.2机械臂控制系统结构 (XII)2.2.3关节控制系统的控制策略 (XIII)第三章机械臂控制系统硬件设计 (XIII)3.1机械臂控制系统概述 (XIII)3.2微处理器选型 (XIV)3.3主控制模块设计 (XV)3.3.1电源电路 (XV)3.3.2复位电路 (XVI)3.3.3时钟电路 (XVI)3.3.4 JTAG调试电路.................................................................. X VII3.4驱动模块设计................................................................................. X VII3.5电源模块设计.................................................................................. X IX 第四章机械臂控制系统软件设计................................................................... X X4.1初始化模块设计............................................................................... X X4.1.1系统时钟控制....................................................................... X X4.1.2 SysTick定时器 (XXII)4.1.3 TIM定时器 (XXIII)4.1.4通用输入输出接口GPIO (XXIV)4.1.5超声波传感器模块 (XXV)总结 (XXVI)参考文献 (XXVII)附录A ......................................................................................................... X XIX 附录B . (XXX)设计要求：设计一个两连杆机械臂，具体参数自行设计，建立其运动学模型，然后在此基础上完成该机械臂两点间的路径规划，并给出仿真结果。
基于STM32的四自由度机械手臂设计
由于OV7670的像素时钟频率很高，故不是用单片机直接抓取的，而是 用FIFO暂存数据，以节省CPU资源。
2. 硬件搭建
关于机械手及舵机
舵机采用较为廉价的MG995，机 械结构由购买的散件组装而成。 最初采用6自由度结构，但在后 期调试过程中改为4自由度，将一个 舵机改用力矩更大、精度更高的数 字舵机。
S3
Value = servo_6[0][0]*s1/sum+servo_6[0][1]*s2/sum +servo_6[1][0]*s3/sum+servo_6[1][1]*s4/sum C(y)(x) = C(1,1) 映射关系如下 [0][0] = [y-1][x-1] [1][0] = [y][x-1] [0][1] = [y-1][x] [1][1] = [y][x]
关于16个标准区域的各舵机参数测量
void Change_Angle(u8 num_Sm,u16 value);
void Add_Angle(u8 num_Sm);
void Dec_Angle(u8 num_Sm); void Read_Angle(u8 num_Sm);
通过上位机想单片机发送以上四个函数， 人工引导机械手抓取各区域正中间的物体， 然后读取各舵机参数并建立数组
当四邻域中心确定时，四邻域在“表中的位置”就 可确定
3. 算法简介
（a,b）
S1
S2
四邻域中心点的确定方法
借鉴十进制中“四舍五入”的思想，根据目标中心坐标P(m,n) C（x,y） 通过“12舍13入”的方法计算C(x,y)
y = (m+12)/25;
a = m-12; l1 = x*25-1-b+1 l3 = y*25-1-a+1 S1
基于stm32的四自由度机械臂搬运项目实训
基于stm32的四自由度机械臂搬运项目实训基于STM32的四自由度机械臂搬运项目实训随着工业自动化的快速发展，机械臂在生产领域的应用越来越广泛。
而基于STM32的四自由度机械臂搬运项目实训，给了我们一个机会去深入了解机械臂的工作原理及其在生产中的应用。
首先，了解机械臂的构成。
四自由度机械臂由底座、肩部、肘部和手部组成，在一个三维空间内完成物体的抓取、搬运与放置等任务。
通过使用STM32单片机作为控制器，可以实现对机械臂的运动和位置控制。
在实训过程中，我们需要首先编写STM32的程序代码，实现与机械臂的通讯和控制。
通过串口通讯，我们可以将PC端的指令发送给机械臂，控制其运动。
同时，机械臂也会将当前的位置和传感器数据通过串口返回给PC端，以实时监测机械臂的状态。
接下来，进行机械臂的硬件搭建。
我们需要将各部分组件如舵机、传感器等连接到STM32开发板上，并根据机械臂的结构进行正确的布线和接线。
通过正确连接和配置，我们可以实现对机械臂各个关节的控制和监测。
在程序和硬件准备完成后，我们就可以开始实际操作机械臂了。
首先，我们需要对机械臂进行校准，确保各个关节的初始位置准确。
然后，通过PC端发送指令，让机械臂完成特定的动作，比如抓取一个物体并将其移动至预定位置。
通过对机械臂的运动轨迹和动作的控制，我们可以实现准确、快速地完成各种搬运任务。
在实训过程中，我们需要不断调试和优化机械臂的运动控制算法，以提高机械臂的精度和稳定性。
同时，我们也需要学习如何通过编程对机械臂进行路径规划，并实现与其他设备的联动控制。
通过这个实训项目，我们可以全面了解机械臂的工作原理和应用场景，培养对工业自动化技术的实际操作能力和创新能力。
同时，也可以认识到机械臂在生产领域带来的巨大潜力与价值，为未来的职业发展打下坚实的基础。
总的来说，基于STM32的四自由度机械臂搬运项目实训是一项极富挑战和指导意义的实践任务。
通过实际操作和深入学习，我们可以全面了解机械臂的工作原理、控制方法和应用场景，培养相关技能并为未来的职业发展打下坚实基础。
基于STM32的无线同步机械臂的设计
Ｖｏ１ ． ２８． Ｎｏ． ４ Ｊｕ １ ． 。 ２０１ ５
基于 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２的无线 同步机械臂 的设计
杜 金 浩 ，张 兴 瑞 ，赵 亚 凤
（ 东 北林 业 大学 机 电工 程 学 院 ，黑 龙 江 哈 尔 滨 １ ５ ０ ０ ４ ０ ）
摘
要 ：针 对 社 会 对 残 疾 人 问 题 和 高 危 领 域 作 业 工 人 的 关 注 ， 设 计 出一 款 可 移 动 型 四 自 由 度 无 线 同 步 机 械 手 臂 该 装 置 以 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２为 控 制 器 ，将 人 类 灵 巧 的 手 臂 行 为 检 测 量 化 为 一 组 可 以 处 理 的 数 据 并 通 过 无 线 发 送 到 执 行 端 ，模 仿 人 类 手 臂 动 作 。使 人 们 不 需 要 移 ห้องสมุดไป่ตู้ 就 可 以 根 据 自 己 当 时 的 想 法 进
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ：ｓ ｙ ｎｃ ｈｒ ｏ ｉｚ ｎ ａ ｉｏ ｔ ｎ； ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ； ｆ ｏ ｕ ｒ —Ｄｏ Ｆ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｒ ｌ ｎ； Ｓ ＴＭ ３ ２
行远 程 操作 和取 物 。 由于 此机械 手 臂 的 同步性 ，可移 动性 ，使 得 残 疾人 在取 物 时 更加 灵 活 方便 ， 高危 作 业时操 作更 加精 准安 全 ，比起 普 通机械 手臂 ，用处 更加 广泛 。 关键 词 ：同步 ：仿 生 ：四 自由度机 械 手臂 ；Ｓ Ｔ Ｍ３ ２
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｃｏｎ ｃ ｅ ｎ ｒ ｆ ｏ ｒ ｓ ｏ ｃ ｉ ｌ ａ ｉ ｓ ｓ ｕｅ ｓ ｏｒ ｆ ｄ ｉ ｓ ａ ｂ ｌ ｅ ｄ ｐｅ ｏｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｔ —ｒ ｉ ｓ ｋ ａ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｗｏ ｒ ｋｅ ｓ。ｄ ｒ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎｅ ｄ ａ ｆ ｏ ｕｒ — ＤＯ Ｆ，ｍｏ ｖａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎｄ ｓ ｙ ｎｃ ｈ ｒ ｏ—
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计一、引言随着科学技术的不断发展，机械手在工业生产、科研等领域扮演着越来越重要的角色。
机械手的设计是其中的关键环节之一，而单片机是机械手控制的核心部分之一、本文将介绍一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的设计。
二、机械手的结构设计该机械手的结构主要由三个旋转关节组成，分别对应三个自由度。
每个旋转关节由步进电机驱动，通过直线传动装置实现转动，并带有相应的位置反馈传感器。
三、单片机的选取单片机是机械手控制的核心部分，控制机械手的动作和位置。
单片机的选择需要考虑其计算性能、接口资源等方面的要求。
本设计选择了STM32系列的单片机，具有大容量的存储器和强大的计算能力，同时提供多种通信接口和模拟/数字接口，满足了机械手控制的需求。
四、电路设计电路设计包括电源电路、电机驱动电路和控制电路三个模块。
电源电路为电机驱动和单片机提供稳定的电源。
电机驱动电路采用步进电机驱动芯片，通过信号电平控制电机的转动。
控制电路主要由单片机和传感器组成，负责接收传感器的反馈信号，并控制电机的转动。
五、软件设计在单片机软件设计方面，本设计采用C语言进行编程。
通过编写相应的程序，实现机械手的运动控制，包括正向运动、逆向运动和位置控制等功能。
同时，还可以为机械手增加一些智能化的功能，如碰撞检测、路径规划等。
六、实验与结果将设计好的电路板焊接好后，进行实验测试。
通过对机械手的不同输入信号进行测试，观察机械手的运动情况，并对其进行调试。
最终，可以实现通过单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的正常运行。
七、总结本文设计了一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手。
通过对机械手的结构和电路进行设计，选取合适的单片机和编写相应的控制程序，实现了机械手的运动控制。
该设计具有较高的可靠性和灵活性，可以广泛应用于工业生产和科研等领域。
基于STM32的协作机器人机械臂控制系统设计
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新·27·2017年第10期文章编号：2095－6835（2017）10－0027－02基于STM32的协作机器人机械臂控制系统设计李以聪，戴福全，肖明伟，陈剑枰，陈志伟，吴国安（福建工程学院，福建福州350100）摘要：目前，针对协作机器人的柔顺控制、零力控制问题，提出了一种基于以ST 公司的STM32为微控制器的协作机器人机械臂控制系统。
该系统采用数字PID 闭环算法改善机械臂的柔顺运动，增强其稳定、可靠性能，并加上力矩传感器或电流检测电路感知外界的力矩变换情况，补偿机械臂的自重，实现零力控制，为机器人的快速示教奠定基础。
实验结果表明，将STM32系列微控制器作为主控制器具有可行性，可以应用于协作机器人的机械臂控制系统中，且具有广阔的应用前景，并最终将其运用于实际工业生产加工中。
关键词：机械臂；协作机器人；PID ；STM32中图分类号：TP242文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2017.10.027一直以来，控制器都是机器人控制系统的核心，但是，国外相关产业公司对我国实行严厉的保密措施。
随着微处理器行业的快速发展，市面上陆续出现了高性能、高性价比的32位微处理器，它们的性能能够满足机械臂对控制器的运算需求。
针对目前协作机器人控制系统资源匮乏，价格昂贵且工作不稳定等问题，提出了一种改进设计，以满足中小企业对机械臂的控制需求。
在设计该控制系统时，首先提出了电机的硬件驱动电路设计方案。
主控芯片采用一种抗干扰能力比较强、运算速度快、价格合理的STM32微控制器，相比现在广泛使用的电机控制的DSP ，STM32成本比较低，自带能产生电机控制所必须的PWM 输出的TIM ，且外围电路较为简单，适用于机械臂的电机控制。
接着分析机械臂电机伺服控制所需要的PID 位置环算法，最后通过实物样机试验机械臂的运动柔顺度，通过Matlab 进行电机旋转位置的数据拟合，得出响应曲线，并最终证实了该设计方案的可行性。