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摘要：基于应用型实践教育的小型机械臂呈现出结构简单、操作便捷、控制精确等特点，可以有效的满足现阶段的实践与学习要求。本文从基于应用型实践教育的小型机械臂的研究方案入手，深入进行分析，结合实际情况对控制设计、结构设计内容以及电路与系统进行探索，并积极进行实践，以供参考。
关键词：应用型；实践教育；小型机械臂
引言：随着新课改的不断深化，促使现阶段的应用型教育逐渐创新，从整体上进行完善，注重对学生创新能力与实践能力的培养，实现全面发展。积极进行知识实践控制，发挥出机电创新实验优势，为学生选择具有实践意义的特色项目，培养优秀的人才。
一、基于应用型实践教育的小型机械臂方案设计
在基于应用型实践教育的小型机械臂开发过程中，应首先对其组成进行分析，主要由两部分组成，一部分为机械臂主体，另一部分为底座平台，将主体与平台相连接，发挥出自身的功能。在平台上安装控制器与电源开关，灵活利用控制器进行控制，发出控制指令，完成后续的动作[1]。例如，下图是其机械臂总设计图，如图1所示。
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二、合理进行小型机械臂的结构设计
小型机械臂结构设计时，应根据实际情况建立完善的三维模型零件，充分发挥出其自身的优势，实现整体的运动与仿真，提升整体设计质量。以SolidWorks软件为基础，充分发挥出其功能性优势，从整体上提升工作效率，保证其符合现代产品设计需求。具体来说，结构设计主要分为以下几部分：
第一，进行合理的机械臂设计，针对底盘、手臂与夹持器进行合理的控制，加强各部分之间的连接，以底盘为基础，固定在底座位置，将上部分与手臂相连接，安装合理的轴承，利用轴承的优势实现手臂的灵活旋转。手臂是保证机械臂实现自身运动的基础，灵活利用手臂与舵机的相互配合进行夹抓，达到工作的目的。夹持器的主要功能是进行夹取，利用齿轮带动夹持壁进行工作，提升整体工作效率[2]。
第二，进行合理的底座平台设计，实际上底座平台的主要工作目的是支撑机械臂的主体，并合理进行电源与控制板安装，为各个部分的相互配合奠定良好的基础。
第三，进行合理的关节设计，针对现有的机械臂来说，在设计过程中主要包括六个关节，例如，舵机是作为机械臂的关节进行运动，以此为基础，促使各个部分的运动呈现出良好的状态，实现运行，包含旋转、夹持、伸展等动作，达到最终的目的。舵机可以看做为一个马达，以自身为基础接受指令后以执行操作，选择最佳的角度进行抓取，适合应用在关节型机器人产品中，提升工作效率。
三、小型机械臂的控制设计
控制设计是基于应用型实践教育的小型机械臂设计重点，直接影响其整体性能，在实际应用设计过程中，主要是通过软件进行控制，以当前的指令为基础，将指令发送到舵机控制器中，根据要求将各个关节的舵机旋转到一定的角度，实现最终的动作。具体来说，主要分为两部分：
第一，在进行舵机控制器选择过程中，应根据实际情况进行合理的选择，保证其型号符合要求，充分发挥出自身的功能优势，以实现整体性能的提升。本文在进行设计时，主要选择以AVR为核心的舵机控制器，充分发挥出其自身的功能优势，具有较强的速度控制性能，利用脉宽调制信号作为控制信号，实现整体的应用。脉宽调制信号周期为20ms，宽度在0.5ms-2.5ms之间，与舵机转盘的位置相对应，同时二者之间存在明显的线性关系，舵机转盘位置与脉冲信号宽度关联密切，设计者应合理分析其产生的影响，以保证其满足整体的设计需求，提升基于应用型实践教育的小型机械臂的功能性[3]。
第二，进行合理的软件控制设计，在进行设计过程中，应充分发挥出自身设计优势，选择最合理的程序，本文在实验过程中主要选择 Visual Basic 程序设计上位机控制软件，Visual Basic具有较强的结构化、对象化、模块化优势，在实际应用过程中呈现出明显的优势，包含辅助开发环境的事件驱动机制的可视化程序设计语言，可以有效的提升其整体性能。Visual Basic具有图形用户界面与快速应用程序开发系统，在使用过程中用户可以根据Visual Basic具备的组件功能建立完善的应用程序，本文设计中主要设计了六个关节舵机，以此为基础进行合理的单独关节运动，实现连续的组合运动，以满足当前的需求。对于上位机来说，在应用过程中，主要是以当前的异部串行方式进行控制，加强控制器通信的连接，实现最终的控制[4]。
四、小型机械臂的实践设计与调试
在基于应用型实践教育的小型机械臂开发研究过程中，应根据实际情况进行合理的实践，充分发挥出其自身的优势，实现创新的应用与发展，保证其整体功能得到发挥。首先，工作人员应根据实际情况与需求进行实物制造，灵活应用现有的制造技术进行发展，以技术优势为基础进行制作，实现机械工程领域的创新，大量应用技术达到设计的最终效果。例如，本文设计过程中，设计者灵活利用实验室的3D打印机与激光切割机等实验设备进行应用，为设计实践提供必要的活动场所与实践工具。在本次设计过程中，以先进的制造技术为基础，进行机械臂零件加工，并合理进行安装调试，选择3D打印机进行加工臂类零件与夹持器类零件，选择合理的加工材料。灵活利用激光切割机进行切割，制作完善的底座平台零件，为安装奠定良好的基础。在机械臂各部分连接过程中，主要选择现阶段的螺栓进行连接，提升机械结构的整体安全性与性能，促使控制器信号线连接合理，完成整个机械臂的实践与应用。进行合理的调试完善，针对设计出的机械臂进行平台实验，利用软件进行合理的控制，充分发挥出其自身的优势进行合理的调试，保证机械臂的稳定运行，提高运行质量[5]。
结论：综上所述，基于应用型实践教育的小型机械臂具有简单便捷的性质优势，在实际应用过程中，呈现出较为优越的性能，因此设计者应合理进行设计，针对结构设计与控制设计环节进行优化，从整体上进行完善，充分发挥出其自身的优势，实现创新发展，将先进的制造技术与知识相关联，提升设计质量。
参考文献：
[1]杨儒骁,李雨婷.基于MATLAB和Arduino的小型机械臂控制系统设计[J].工业控制计算机,2018,31(05):80-82.
[2]吕北轩,傅世地,熊峰.运用非线性规划对小型机械臂逆运动学的优化求解[J].组合机床与自动化加工技术,2017,10(12):70-72+77.
[3]刘慧鹏,宋子文,马伟昌.基于STM32的智能小型机械臂设计[J].自动化与仪器仪表,2016,14(04):86-87.
[4]郎庆阳,杨志强,孙晓东.基于应用型实践教育的小型机械臂的研究与开发[J].辽宁科技学院学报,2016,18(02):4-5+3.
[5]马小石,刘志飞,张成功.小型陆地钻机新型钻具排放机械臂设计方案[J].西部探矿工程,2016,28(03):64-66.
论文作者:李松卫
论文发表刊物:《中国电业》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/5
标签：舵机论文; 过程中论文; 小型机械论文; 优势论文; 机械论文; 充分发挥论文; 基础论文; 《中国电业》2019年第09期论文;