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1、鲁东大学本科毕业设计目 录1. 绪论21.1 引言21.2 课题研究内容和意义32. 数据手套遥控机械手的总体设计32.1 数据手套遥控机械手的设计思路 .32.2 总体介绍与端口资源分配.33. 数据手套设计.4 3.1 数据手套原理43.2 主机芯片选择.53.3 flex 2.2弯曲传感器模块选择.63.4 FLX-01-M电阻选择.64. 欠驱动仿生机械手设计74.1 仿生机械手结构设计.74.2 机械结构杆件设计.84.3 舵机的选型及安装.95. 数据手套遥控机械手的软件设计.10 5.1 舵机的应用.105.1.1 舵机的构造.105.1.2 舵机的控制方法.11 5.2 传感器
2、数据采集与舵机控制的程序设计.126. 实验验证.157. 总结与展望.18参考文献.18致谢20数据手套遥控机械手开发石善革（交通学院 机械设计制造及其自动化专业2012级 机械本1204班 20122815613）摘要：为了实现数据手套与仿生机械手的实时控制，本设计利用弯曲传感器开发一款数据手套，利用舵机制作一个多关节机械手模型。通过使用Arduino及运用相应的软件对所设计的运动角度进行编程，并下达命令来控制舵机，解决了数据手套对仿生机械手的运动的实时控制。通过最终实验验证，完全达到预期的目标，可以完美运行。关键词：数据手套；机械手；Arduino；舵机;弯曲传感器 Data glove
3、 remote manipulator developmentShi Shange(School of Transportation , mechanical engineering and automation,jixieben2012 Grade1204, 20122815613)Abstract: In order to realize the real-time control of the data glove and the bionic robot, this design uses the curved sensor to develop a data glove. Throu
4、gh the use of Arduino and the use of the corresponding software for the design of the angle of motion programming, and issued commands to control the steering gear, to solve the data gloves on the bionic robot movement of real-time control. Through the final experimental verification, fully achieve
5、the desired goal, you can run the perfect. Key Words: data glove; manipulator; Arduino; steering gear; bending sensor1. 绪论1.1 引言“穿戴式智能设备”是生活平时穿着的智能操作方式和程式的规划和开辟能够满足的可穿戴式的抉择,是一个通用术语所有设施的代称,能够穿着,好比眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。可穿着式技术在国内外计算机设计界和工厂设计界都可以说一直是商家和大众比较注意的话题,反而因为其穿着设施的人造本钱高,而且此中的程式技巧较为困难攻克,大部干系设施只是为了在概念上停留
6、在物理范围的无独特应用,然而这种思维未能做成实物,制造出产品为消费者所使用。伴随着人们生活水平的提高和生活质量的改善和网络的大量使用、高品质低能耗芯片技术的发展,推出了一批利好音讯的传出,对可穿戴式设施的一部分已经逐步从概念化走向商用化趋向的概念,逐渐走进公众的视野,不绝时时推出他本人公司的非旧式的可穿戴式设备,谷歌、摩托罗拉等诸多科技公司也都在不久之前开始加入并在这个全新的领域深入探索和开始研发最新的科技设备。图1 未来发展图2 智能手表 图3 智能眼镜图4 数据手套在国际上，有一名叫布莱恩塞拉(Bryan Cera)，他是一名出生在密尔沃基的程序编写员,前不久，听说过一款名叫Glove O
7、ne手机，这款手机的创作可以说颇具新意，与众不同,它很神奇，他就像一个手套一样，拿过来可以带到手上。它的表面形状很是独特，就像钢铁侠的一个手指一样，具有钢铁班的形状,你可以想象，他的开关被放置在手指环节内侧,然而他又把手置了一个“六”的表面形状,紧接着他通过拇指上的一个听筒,小指做麦克分,便可以实现你想要的功能，比如打电话，聊天。1.2 课题研究内容和意义本设计的最终目的是设计一款数据手套遥控机械手,数据智能手套是一种模拟人手的硬件模型，通过数据手套的数据上传，在虚拟世界形成一个接近真实的图像，模仿手套的各种动作，通过使用各种软件编程，可以在虚拟场景中抓取对象，打开、移动和旋转运动，还可以使用
8、多模式。它作为一种控制工具，用于场景漫游，游戏家居。当我们科学家设计生产出的数据手套，也许在他日能够替交互式虚拟现实系统供应1个闻所未闻的举措，此刻产物竟然能够接收来自于手指曲折、数据上传和操纵磁传感器来无误定位在三维空间中的镜头。这种组合的数据手套被称为“真正的手套”，我们所说的“真正的手套”可以通过手指弯曲试验，并且现在该设备通过了空间定位试验，能够替使用者提出并且可以利用的1次特殊确切的不拘束的三维互动的手段。 2. 数据手套遥控机械手的总体设计2.1 数据手套遥控机械手的设计思路开始，由于预测到数据手套的方便携带型和可穿戴性，所以，需要本设计将采用一块芯片，同时承担弯曲传感器的数据的采
9、集和对舵机的命令控制。arduino芯片主要实现数据的传输，实现传感器数据的采集。此数据手套遥控机械手，考虑到机械原理，通过使用机械设计、底部控制系统、机电一体化设计，由4个弯曲传感器组成的数据手套，弯曲传感器的组成包括柔性电路板、力传感器、弹性封装材料，经过杜邦线联结到信号接收电路；实现机械手张开和抓紧的各种动作。将理论和实践联系起来，可以运用本机械手对设想的手进行模拟，实时的实现手的各种动作，最大限度的接近真实。2.2 总体介绍与端口资源分配在决定了使用数据手套遥控机械手开发主机的“大脑”为arduino模块后，目的是实现机械手段的张开、抓取、移动，分别选取了flex 2.2弯曲传感器，舵
10、机HS-485HB，FLX-01-M电阻。Arduino模块完成对传感器数据的采集后，通过串口将数据发送给主机。对于arduino 模块的资源分配如图5所示：Arduino端口资源分配示意图A15VGNDA010k舵 机弯曲传感器图5 arduino端口资源分配表3. 数据手套设计3.1 数据手套原理本数据手套遥控机械手的设计最终将呈现的功能包括：(1)将人手姿势信号做实时传达，使机械手最大限度的接近真实。(2)体验者通过数据手套完成物体的信息交换，增强了互动性和沉浸感。(3)可以给交互式虚拟现实系统呈现了1个全新的使用方案，使体验者接触到了1种方便的、便利直接大人机交互方式。数据手套设计示意
11、图如图6所示。GND5v主机芯片10k弯曲传感器主机图6 数据手套设计示意图3.2 主机芯片选择主机的关键任务是驱动传感器搜集信号，而且传感器信号传达到主机，主机接收信号并对信号进行处理，将对应的命令下达到各个舵机。所以主机并不要求非常巨多的作用。经过反复对比了很多芯片后，这个作品最后确定选择Arduino模块。在Arduino模块上有很多的接口，可以通过它使传感器和主板完成信号的传输，来察觉四周的状态，而且可以使用接口操作电机、舵机、传感器和其他设施，完成对于四周状态的反馈。Arduino模块的最吸引人的独特之处便是运用便利圆滑，使用起来很快就能熟悉它的性能。Auduino 模块上共有十四个
12、数字IO口，六个模拟IO口，能够便利省事迅速的完成关于数字量和模拟量的收集。Arduino模块程序的编写窗口十分干脆，能扩展性十分多。由于arduino模块上有丰富的方便真实的函数接口，于是，你简单的编写简易的几行代码就能够完成丰富的性能。下图为arduino实物图和编程界面图。图7 arduino模块图8 Arduino编程界面3.3 flex 2.2弯曲传感器模块选择小载荷的测量（不到5吨），由直接变形的弹性体材料是不适合于形状的弹性体更适合于弯曲梁的数字显示的几个弯曲弹性体，小的物理变形的弹性负载足够大。其主要的特点是：（1）可以选择信号输出模式（模拟量或者TTL电平）（2）TTL输出低
13、电平有效。 （3）模拟量输出，用于显示浓度。（4）这是一款弯曲度传感器，2.2长，曾经用于任天堂的一款电子手套。（5）当传感器的金属面向外弯曲时，该传感器的电阻值会发生变化，从而可以检测到弯曲度。图9 flex 2.2弯曲传感器3.4 FLX-01-M电阻选择电阻器（电阻）在平时生活中常见的直接电阻是一个电流限定元件，电阻在我们所设计的线路中，电阻值是确定的，经常是双针，它是通过由电流大小限定它乃至分支。其的主要特点有：（1）电阻器限流功能类似于大口径管道中的小直径管，两者之间的限流作用。（2）该电阻器的体积偏小、重量较轻、易于安装等好处，决定了该类电阻器会大范围的应用在各种产品设计中。图10 FLX-01-M电阻4. 欠驱动仿生机械
