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在人工短缺的大背景下，机械手正在大显身手，得到越来越多的应用。今天我们就通过一个便宜的机械手套件来了解其控制的基本原理及电路。我们将试验用Arduino Nano加PCA9685伺服控制器同时控制5个伺服电机

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本文作者：加拿大DroneBotWorkShop 翻译整理:DIY百事
目录
1 简介2 DFRobot 5 DOF 机械臂套件3 5 自由度4 机械臂部分5 机械臂组装6 组装夹具6.1所需零件6.2组装说明7 组装底座电机安装座7.1所需零件7.2组装说明8 组装双U型支架8.1所需零件8.2组装说明9 组装带支架的弯头电机安装座9.1所需零件9.2组装说明10 组装腕式电机支架和夹持器支架10.1所需零件10.2组装说明11 安装底座电机11.1所需零件11.2组装说明12 连接底座到双 U 型支架12.1所需零件12.2组装说明13 安装弯头电机13.1所需零件13.2组装说明14 将双 U 型支架连接到带支架的弯头安装座14.1所需零件14.2组装说明15 安装手腕电机15.1所需零件15.2组装说明16 将带支架的弯头安装座连接到手腕马达安装座16.1所需零件16.2组装说明17 安装夹爪17.1所需零件17.2组装说明18 Arduino 控制器18.1 Arduino Nano18.2控制器接线18.3 Arduino 代码19 测试机械臂20 展开机械臂
让我们先看看我们将要构建什么。
DFRobot 5 DOF 机械臂套件
该DFRobot 5自由度机械手臂套件包括所有的伺服电机，支架，紧固件和其他硬件，你可以用它建立一个小而强大的机械臂及夹持机构。
手臂的支架和支撑件由黑色阳极氧化铝制成，它提供强大的支撑。
手臂由 5 个伺服电机提供动力，都是标准尺寸：
两个 15Kg/cm 舵机用于底座和肘部一个 5.5 Kg/cm 手腕舵机两个 4 Kg/cm 伺服器用于夹持机构
舵机、支架和硬件包装在带有识别标签的单独塑料袋中。除伺服电机外，夹具机构均已组装。
DFRobot 5 DOF 机械臂套件的完整零件清单如下所示：
组装臂所需的唯一工具是十字螺丝刀和一套钳子。
5 个自由度
与大多数机械臂一样，DFRobot 套件被宣传为“5 DOF”或 5 自由度机械臂。术语“自由度”究竟是什么意思？
事实证明，这可能意味着不同的事情，具体取决于您所在的领域。
如果您是一名航空工程师，那么对您来说，自由度可能由经典的三个维度和物体可以移动的方向表示：
前进与后退 Forwards & Backwards上下 Up & Down左右 Left & Right上述三个方向为轴的转动
然而，在机器人技术中，“自由度”或 DOF 通常被认为表示机构具有的可移动关节的数量。对于机器人手臂，这通常意味着手臂拥有的电机数量。
我们的机械臂有 5 个电机，因此被宣传为“5 DOF”机械臂。
机械臂部分
伺服电机各自为机械臂的不同部分提供动力，下面的描述中将用为它们提供动力的部分的名称来表示。
我将手臂部分命名为与人类手臂上的等效部分大致对应，这是我们大多数人应该熟悉的参考点。在某些情况下（在抓手周围），人类手臂上没有相应的部分，所以我尽可能描述性地命名这些部分。
各部分如下：
底座机器人手臂的底座，对应于人的肩膀。底座固定到位，至少现在是这样。肘部手臂上的第一部分。就像人的肘部一样，它允许手臂弯曲。手腕手臂上的第二部分。它允许更好地定位夹具组件。关节允许夹具向任一方向旋转 90 度。人的手和手臂没有这样的关节，旋转一只手是用手臂上的几块不同的肌肉来完成的。夹爪夹具机构本身，操作起来很像台钳或钳子。
在操作中，手臂的底座需要牢固地固定在坚固的表面上。手臂能够承受很大的扭矩和动量，因此需要可靠固定。
机械臂组装
DFRobot 5 DOF 机械臂套件是许多 5 DOF 机械臂的典型代表，因此您可能拥有与之类似的套件。您还可以使用DFRobot 网站上的部件将这个手臂或它的自定义版本拼凑起来。
机器人手臂的组装将按以下顺序进行：
组装夹爪组装底座电机安装座组装双 U 型支架用支架组装肘部电机安装座使用夹持器安装座组装腕式电机安装座安装底座电机将底座连接到双 U 型支架安装肘部电机将双 U 型支架连接到带支架的弯头安装座安装手腕电机将带支架的肘部安装座连接到手腕马达安装座安装夹爪接线和测试！
以下是每个步骤的详细信息：
组装夹爪所需零件组装说明将两个舵机都设置为 0 度位置（完全逆时针）拿起夹具并将其与其中一台电机成 90 度角将伺服轴插入夹具组件背面，与齿轮啮合。测试对齐是否正确插入并拧紧臂安装螺钉以将夹具固定回电机轴手动操作夹爪直到它们处于完全打开位置。注意不要超过这个范围。将伺服电机插入钳口下方的位置，与齿轮啮合。测试对齐是否正确插入并拧紧臂安装螺钉以将夹爪机构固定到电机轴上。测试两个伺服电机以验证夹具是否正常运行。组装底座电机安装座所需零件组装说明放置舵机安装支架，使舵机安装在前面，带有两个孔的平板在后面。将人员轴承套件中的螺钉插入伺服支架背面左侧的孔中，螺钉头朝向伺服电机的一侧。将人员轴承套件中的轴承插入伺服支架外侧的螺钉上。确保轴承的斜面部分与伺服支架齐平。在轴承顶部插入锁紧垫圈。将螺母拧到螺钉上。拧紧螺钉和锁紧螺母。确认在拧紧螺钉后轴承仍能自由旋转。组装双 U 型支架所需零件