一、專案選題的背景
隨著科技的發展，機械人技術是未來科技的發展方向,尤其是仿人機械人。但是仿人機械人目前還只停留在實驗室階段，還無法成為一種大規模生產的產品為大家服務。特別是仿人五指靈巧手，由於手指尺寸細小，關節複雜，難以輸出人手指的力，所以握持物體仍存在困難。
基於此點，我們想設計製作一種多自由度仿人三指取書機械手，一取書動作簡單，易於即可實現，而且圖書重量並不大，手指輸出力量可以達到並實現仿人三指手的穩定握持；二實用性強，特別是此機械手可以幫助殘疾人或手部不便利的老人取書架上的圖書 ，製作成服務型機械人可投入量產服務大眾。
通過這一專案，我們學習並掌握了機械設計的相關內容，微控制器控制的知識，並且通過繪製圖紙更加熟練掌握了cad、pro/e等繪圖軟體，對零件的裝配與除錯更是大大鍛鍊了我們的動手能力，最重要的是通過這個專案讓我們深入理解機械與電子的結合。
二、專案成員的情況及導師指導情況
專案組成員
專案組負責人：曹旻燦，機械工程學院09級本科生
特長：在機械設計方面有較強的領悟性，熟練掌握cad，pro/e等機械常用設計軟體，動手實踐能力強，演算法設計能力強
分工：統籌整個專案的安排，協調專案組成員之間的研究成果並融入到整個專案中，主要承擔起圖紙的繪製，裝備的裝配和除錯，軟體與硬體間偏硬體部分的銜接
專案成員：門俊峰，機械工程學院09級本科生
特長：物理學尤其是力學部分出色，matlab**方面有較大興趣
分工：主要承擔理論部分的研究，對設計方案技術要求方面的計算，安全性的計算，機械手物理效能方面的計算，圖紙的部分繪製
專案成員：徐征宇，自動化學院09級本科生
特長：微控制器運用嫻熟，部分掌握嵌入式系統，plc的知識，程式編寫與除錯能力強
分工：機械手電氣方面的設計與優化，自動化控制方面的設計，程式的編寫與除錯
導師指導情況
張志勝老師對我們的專案提出了很多建設性意見，比如使用同步帶輪傳動，改進關節式機械手的設計等；幫助我們借用了實驗室及相關裝置；督促我們的專案進度；解答我們所遇到技術難點，指引我們的研究方向。
三、專案的創新點與特色
這個專案的創新點就在於這是一台五自由度仿人三指機械手，其仿人在於機械臂通過同步帶輪與齒輪組進行傳動類似於人的筋腱，三個手指由於尺寸結構較小未做成關鍵，但其大小與人手類似，最重要的取書過程也是仿人，人的取書過程可謂十分靈巧，省力方便且運動路程短，我們製作的機械手也擬合這一過程。此機械手在盡量減小手部自身重量的前提下，盡量增大其輸出力量，這也是此機械手的難點和技術創新的部分。
仿人的創新在於迎合未來科技發展趨勢，隨著仿人五指靈巧手的發展，機械手可以代替人手做很多精細的工作。
我們這個專案另一創新就是非常有實用性，這個機械手可繼續研究製作出服務性機械人， 幫助殘疾人及手部不便利的老人，抓取書架上的圖書。 並且圖書館大量庫存圖書，尤其公共圖書館借閱量大，由於人力資源有限無法做到圖書完全有序排列，增大了讀者尋書的難度。這個仿人手取書機械手配合圖書定位系統及小車，可以做成圖書館服務型機械人，幫助任何讀書迅速方便的取得自己所尋找的書籍。
四、專案實施的進展情況及初步取得的創新成果
該專案2023年6月開始實施，通過查詢大量的文獻資料，通過乙個月的時間完成了專案的理論鋪墊，制定了完備的設計方案；並且利用了半個月的時間，完成了設計圖紙的繪製；交由工培中心進行零件加工並完成；在專案開始的前四個月內已經完成了機械手的裝配和機械除錯，目前機械手已經可以按照微控制器簡單的程式進行控制；到目前為止，機械手自動化控制程式已經編寫一半。
我們設定了肩，大臂，小臂，兩指，中指，五個自由度，從而實現全方位的空間姿態。
大臂小臂通過同步帶輪機構實現轉動，並且在小臂中設定反轉機構，使得小臂轉動時，手掌部分與地面保持相對水平。
我們機械臂的設計避開了傳統關節型機械臂的弊端，利用同步帶輪與齒輪組進行傳動，這一過程類似於人的筋腱。因為傳統關節型機械手要求電機安置在機械臂關節附近，下一級關節的電機不可避免的成為上一級關節的額外負載。我們的設計避開了這點。
因為取書的需要，在小臂部分我們設計了反轉機構，在小臂轉動α角的時候，手掌正好反轉α角，第一次安裝時手掌與地面水平，之後的旋轉均可保證水平。
仿人機械手本身指尖力矩較小，我們在盡可能增大指尖動力源，又不大大增加大臂關節電機負擔的情況下，進行一定的結構嘗試。
該項目的控制系統是以stc89c54rd+微控制器為控制核心。該微控制器晶元具有易於使用，成本低廉的特點，比較適合這一專案。
控制系統的輸入是乙個4x4的矩陣鍵盤，矩陣鍵盤可以節約比較寶貴的微控制器io資源，由於本系統涉及電機比較多，控制訊號占用了很多io口，使用矩陣鍵盤作為控制輸入很符合我們的設計要求。
控制系統的輸出主要是五個電機，總共三種型號，電機的資料如下：
電機型號扭矩相電流驅動方式
39byg250340.12n*m0.4al298n驅動晶元
42bygh41812n*m0.4al298n驅動晶元
（帶減速器
57byg250-761.5n*m3.0atb6560驅動晶元
l298n驅動晶元可以驅動相電流2a一下的步進電機，具有驅動平穩，比較穩定的特點，可以用來驅動所使用的電機，保證了電機具有足夠的輸出力矩。
tb6560晶元是由toshiba公司出品，該晶元的主要特點是驅動電流極大，達到3.0a，峰值時可以達到3.5a，完全適用於我們選用的這一款步進電機。
同時這一塊晶元還具有相電流可調，細分可調，衰減可調的功能，使用極為方便。
選用以上兩款驅動晶元可以說是在有限的資金條件下做出的合適的選擇，避免購買**昂貴的步進電機驅動器，
以上電機均為兩相四線制，驅動方式採用半步方式，乙個週期有八拍：
八個狀態：1、在a與a-正電壓，b與b-不給電懸空；2、在a與a-正電壓，b與b-也給正電壓；3、a與a-不給電壓懸空，b與b-正電壓；4、a與a-給負電壓，b與b-給正電壓；5、a與a-給負電壓，b與b-不給懸空；6、a與a-給負電壓，b與b-給負電壓；7、a與a-不給電懸空，b與b-給負電壓；8、a與給正電壓，b與b-給負電壓；按以上八個狀態輪流供電，控制一下脈寬就可以了，不要變相頻率過高，損壞電機。
四個引腳各一根控制線：一~八表示各線時序
一二三四五六七八
a 1 1 0 0 0 0 0 1
a- 0 0 0 1 1 1 0 0
b 0 1 1 1 0 0 0 0
b- 0 0 0 0 0 1 1 1
系統的整體架構就是通過微控制器檢測鍵盤輸入的鍵值來控制指定電機正反運轉，然後在不斷檢測是否停止，一旦檢測停止訊號有效就停動電機。具體流程圖如右。
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