浅谈关于助老机械手臂的设计

浅谈关于助老机械手臂的设计

李晓东1，涂志澳1，郑奕童1，谢明留2，谢有浩1

（1.滁州学院机械与电气工程学院，滁州239000；2.滁州市第五中学，滁州239000）

摘要：基于对助老机械手臂设计的研究，首先，阐述我国人口老年化发展现状。然后，分析助老机械手臂设计重要作用。最后，对于助老机械手臂的设计，给出明确主要内容、加强手臂机械结构设计工作、加强对控制系统的设计工作等措施。

关键词：助老；机械手臂；设计

老年人在整个社会群众中占据重要组成部分，因此，老年人问题受到更多人的关注与重视。老年人的健康发展，对社会为稳定发展而言具有重要作用。所以，在社会市场中许多助老器材以及设备得到不断的开发与完善。其中助老机械手臂已经成为我国助老市场中发展中的重点与关键，通过助老机械手臂设计，可以为很大程度上为老年人的生活提供保障，满足老年人日常生活需求。所以，本文将针对助老机械手臂设计相应内容进行阐述。

1、我国人口老年化发展现状

从目前我国发展中不难看出，老年人人口在整个人口中占据重要组成部分，随着社会的不断发展，我国老年人口数量也会不断提升，所以，保障老年人的日常生活成为我国发展的关键内容。人口老龄化，不仅会为家庭生活带来一定影响，同时会为我国的社会保障体系以及医疗体系带来很大负担。所以，需要将老年人的日常生活问题以及护理问题更好解决。随着年龄的增加，老年人的身体机能在不断退化，从而影响其正常生活。也因此，对社会市场中老年人保健品的需求也在不断提升[1]。对于助老产品的开发，需要加强投入力度，这样才能更好解决我国人口老龄化问题。

2、助老机械手臂设计重要作用

助老机械手臂设计属于老年人保健器械中的重要组成部分，老年人随着年龄的不断增加，无论是在生活上还是在行动上，都存在很多不便[2]。但是，通过助老机械手臂设计工作的展开，将其应用在老年人的生活当中。不仅可以为老年人的日常生活提供保障，同时可以为家庭减轻负担。老年人是一个家庭中的重要组成部分，作为子女最大的愿望就是希望家中老年人身体健康，这样家庭中的其他成员，才能将精力放在学习以及工作中。所以，通过助老机械手臂设计，不仅在减轻家庭负担重可以发挥其作用，同时可以缓解我国社会市场中的

社会保障体系压力以及医疗压力。总而言之，助老机械手臂设计对社会发展与家庭的发展具有重要作用。所以，本文将针对助老机械手臂设计给出相应措施，保证设计工作的顺利展开。除此之外，还需要加强投入力度，投入一定的人力物力财力，为社会的更好发展做出贡献。

3、助老机械手臂设计措施

3.1明确主要内容

构建完善机械手平台，在该平台中对机械手的控制，可以通过PC机展开。与此同时，还可以明确目标点定位、柔顺抓取，避免在物体抓取过程中出现损坏问题。在对目标点的定位过程中，要充分利用不同的机械设备，比如，陀螺仪、激光传感器等。接着利用运动学，计算出不同关节的转动角度。将转动角度转动到一定目标后，实现对物体的抓取。在机械手指端，要安装FSR力敏传感器，这样在实际抓取过程中，实现模糊PID控制。下位机需要安装STM32微控制器，这样在PWM脉冲输出过程中，可以实现对步进电机展开有效控制，保证在合理的安全抓取力范围内，实现对物体的抓取。

3.2加强手臂机械结构设计工作

保证手臂机械结构设计的科学性与合理性，可以在很大程度上保证整个系统的安全稳定运行。实际手臂机械结构设计如图一。在整个手臂机械结构设计中，通常是结合人体上肢尺寸进行设计，将整个手臂结构分为三个关节，分别是肩关节、肘关节以及腕关节。为使得手臂机械结构的灵活性与实用性，要将各个关节设计成为转动关节[3]。不同关节的驱动由舵机实行，肩关节与肘关节两个关节，需要实现对机械手的位置控制，腕关节的主要工作就是对机械手的姿态进行调整与控制。肩关节、肘关节以及腕关节三个关节之间能够实现协调运作，从而使得机械手臂的实用性得到增强。保证机械手臂能够针对不同刚度的物体进行准确抓取，需要在机械手指末端位置，安装FSR力敏传感器。这样力信息，才能被及时传送到上位机中，从而对机械手做出相应指令。

图一

3.3加强对控制系统的设计工作

在加强对机械手臂系统设计工作时，通常情况下，可以将其实际为以下形式如图二。从图二中可以看出，在整个机械手臂中，主要包含两大模块，分别是上位机控制模块与下位机控制模块。在上位机控制模块的设置过程中，只需要选择较为普通的PC机即可，PC机能对不同传感器传输的数据信息进行处理，同时实现对不同舵机运动的控制工作。在对舵机进行控制过程中，主要是对舵机下达相应的指令，将机械手转移到相应位置，进行物体的抓取。在构建控制系统前，需要提前构建相应的坐标系，这样各个模块之间可以实现准确的坐标转换。在这一过程中，对于不同舵机，需要构建D-H坐标系[4]。只有保障上述工作的顺利展开，才能保证陀螺仪以及激光测距仪能够获取到有效的数据信息，保证整个系统的安全稳定运行。在机械手臂的下位机的控制模块中，通常情况下，会使用STM32F103ZET6单片机芯片。STM32单片机在整个控制系统当中，发挥着不可替代的作用。在STM32单片机中，通常情况下ADC会保证在一个到三个之间，此类ADC不仅能够单独使用，同时也可以实现双重模式使用。STM32单片机中的ADC，一般而言主要是十二位逐次逼近型的数字转化器与模拟器。在其中包含十八个通道，可以对两个内部信号源与十六个外部信号源展开相应测量工作。不同通道的A/D转换，可以采取不同的执行方式，比如，扫描执行方式、间断执行方式以及连续执行方式等。在整个控制系统的运行过程中，STM32单片机能够将手指端力敏传感器的电压数据进行有效收集与整理，将获取到的数据信息，转化为数字信号，将数字信号发送到上位机中，从而实现对整个机械手臂的控制。

图二

结束语：

综上所述，解决老年人的日常生活问题，已经成为我国发展的重点内容。将老年人的日常生活更好解决，可以促进我国社会的更好发展。因此，在老年人问题的解决中，需要将助老机械手臂设计工作作为重点。在这一设计工作中，加强投入度力度，同时需要相关的设计工作人员能够意识到自身工作重要性，不断学习先进的设计知识与专业内容。这样才能在最大程度上保证各项设计工作的顺利展开，从而为老年人的日常生活提供保障。

参考文献：

[1]刘子洋,刘忠富,赵宏宇,刘冠初,郭馨,吴怡.基于语音及手势控制的智能助老助残系统[J].山西电子技术,2018(05):25-28.

[2]樊炳辉,王鑫,王传江,张森,卢凤.非结构化助老助残机械手对目标识别定位系统的研究[J].科学技术与工程,2017,17(01):49-53+78.

[3]林田卓,林喆,韩松岭.基于PXA270控制器模块化柔性避障机器人的研究与设计[J].电子世界,2017(13):177-177.

[4]曹鹏彬,汤旭青,赵建宇,助老助残轮履协同移动平台设计及运动分析[J].机械设计,2017(09):69-75.