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一款基于ARM嵌入式的机械臂的设计与实现

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摘要：机械臂在当今的医疗、工业等方面起着重要作用，为使机械臂更加适用、灵活、易于控制，基于ARM，通过依赖于ARM架构与ESP8266WiFi模块以及各种模块，实现机械臂的动作以及对物件的抓持。利用DP算法使采集的信号转换为PWM控制信号，采用消抖算法，从而达到械臂在运行中的高稳定性。本机械臂可提升控制精度以及灵活性、机械臂与程序功能的融合。

关键词：机械臂;ARM;灵活性;控制

1系统功能分析

系统以ARM微型处理器架构为核心，以MG996R金属数字舵机、舵机驱动板PCA9685芯片、MMA7361三轴加速度传感器为主要外围元件，经A、D转换控制芯片采集相应的数字量信号，并编写控制算法程序调节输出PWM波的占空比，进而实现控制相应舵机运动的目的。通过CPU控制、三轴加速传感器对数据的采集以及消抖算法，使得机械臂的运行变得更加的稳定与协调，实现机械臂的灵活传动与自由制动。进而实现处理器架构与各模块之间功能。

2系统功能模块设计

在系统中，拟选择ARM作为主控单元，ARM可以使PwM信号的脉冲宽度实现微妙级的变化，从而提高舵机的转角精度。此舵机驱动板使用PCA9685芯片是16通道12bit，PWM舵机驱动，用两个引脚通过12C就可以驱动16个舵机。通过级联的方式最多级联62个驱动板，增强可扩展性，此外还解决驱动电路和控制电路隔离的问题。ARM再完成消抖控制算法，再将计算结果转化为PWM信号输出到舵机，由于单片机系统是一个数字系统，其控制信号的变化完全依靠硬件，所以受外界干扰较小，整个系统的工作性可靠，其原理框图如图1、图2所示。

3机械臂的软件设计

基于ARM的机械臂的软件测试，编译的主要环境是Window7，选用的编程软件是KEIL5，通过输入一些关键的软件代码，通过串口烧录入硬件，实现我们的需要的功能。每一个模块都应该有一个属于自己模块的程序流程图，这样才能十分清晰的完成编译的目的，达到功能实现的效果。机械臂的主控制程序流程图详见图3所示。

4结语

基于ARM的机械臂综合多方的技术进行整合，依靠ESP8266WiFi模块以及其他辅助模块，通过DSP算法使采集的信号转换为PWM控制信号，采用消抖算法，实现了机械臂的动作以及对物件的抓持机械臂夹持力度、通过算法保证工作的稳定性、提升控制精度以及灵活性、机械臂与程序功能的融合，以此达到其功能的实现。