毕业设计(论文)--基于stm32的仿生机械手的设计与实现.docxVIP

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

毕业设计(论文)--基于stm32的仿生机械手的设计与实现

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

毕业设计(论文)--基于stm32的仿生机械手的设计与实现

摘要：本文针对目前机械手在精度、速度和稳定性方面的不足，提出了一种基于STM32的仿生机械手的设计与实现方案。首先对仿生机械手的设计原理和关键技术进行了深入研究，然后详细介绍了基于STM32的控制系统设计、机械结构设计、传感器选型以及运动控制算法等。通过仿真实验和实际测试，验证了该仿生机械手具有较高的精度、速度和稳定性，具有良好的应用前景。

随着科技的发展，机械手在工业生产、医疗康复、家庭服务等领域得到了广泛的应用。然而，传统的机械手在精度、速度和稳定性方面存在一定的不足，难以满足现代工业和生活的需求。近年来，仿生机械手因其独特的结构和优异的性能，受到了广泛关注。本文针对仿生机械手的设计与实现进行了深入研究，以期为相关领域提供有益的参考。

一、1.仿生机械手概述

1.1仿生机械手的发展历程

(1)仿生机械手的发展可以追溯到20世纪50年代，当时科学家们开始探索如何模仿人类手臂的灵活性和精确性。这一时期的仿生机械手设计主要集中在机械结构和驱动方式上，主要目的是实现简单的抓取和搬运任务。例如，1954年，美国麻省理工学院的乔治·德沃尔（GeorgeDevol）发明了世界上第一个工业机器人Unimate，它能够进行焊接和搬运工作，标志着仿生机械手技术的初步形成。这一阶段，仿生机械手的研究主要集中在提高机械结构的刚性和稳定性，以及采用液压或气动驱动方式。

(2)20世纪70年代至80年代，随着微电子技术和计算机科学的快速发展，仿生机械手的技术得到了显著提升。这一时期，电子元件的微型化和计算能力的增强使得机械手可以执行更为复杂的任务。例如，日本FANUC公司于1974年推出的F-1机器人，是世界上第一个商业化的工业机器人，它能够进行焊接、喷漆和组装等工作。此外，美国斯坦福大学的研究团队在1980年成功研制出能够模仿人类手指灵活性的机械手，这一成果为仿生机械手在精密操作领域的应用奠定了基础。这一阶段，机械手的设计更加注重人机交互和智能化，如引入视觉系统、触觉传感器等。

(3)进入21世纪，随着人工智能、机器人学、材料科学等领域技术的飞速发展，仿生机械手的研究进入了新的阶段。这一时期，仿生机械手的设计更加注重模仿人类手臂的形态、运动方式和感知能力。例如，2011年，美国波士顿动力公司（BostonDynamics）研发的Atlas机器人，能够在崎岖地形上行走，并完成复杂的搬运任务。此外，我国在仿生机械手领域也取得了显著成果，如中国科学院自动化研究所研制的“手眼协调机器人”，能够进行复杂的手眼协调操作。这一阶段，仿生机械手的应用领域不断拓展，从工业生产到医疗康复，再到家庭服务，仿生机械手正逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。

1.2仿生机械手的特点与应用

(1)仿生机械手的特点之一是其高度的人性化设计，能够模仿人类手臂的灵活性和精确性。例如，在工业领域，仿生机械手能够进行高精度的装配和焊接工作，其重复定位精度可达到0.01毫米，远远超过了传统机械手的性能。以某汽车制造厂为例，其生产线上的仿生机械手能够完成超过500个不同的装配任务，极大地提高了生产效率和产品质量。

(2)仿生机械手的应用范围广泛，涵盖了工业、医疗、农业、家庭等多个领域。在医疗领域，仿生机械手可以用于辅助手术，提高手术的精确性和安全性。例如，美国约翰霍普金斯医院使用仿生机械手进行心脏手术，手术成功率达到95%以上。在农业领域，仿生机械手可以用于采摘水果、蔬菜等，提高农业生产效率。据统计，使用仿生机械手的果园，其水果采摘效率可以提高30%以上。

(3)仿生机械手在家庭服务领域的应用也日益广泛。例如，日本松下公司推出的PanasonicRoboticArm，能够帮助家庭完成清洁、整理等家务劳动。此外，随着技术的不断发展，仿生机械手在家庭娱乐、教育等方面的应用也逐渐增多。例如，美国微软公司开发的Kinect传感器，可以与仿生机械手结合，实现手势识别和交互，为用户带来全新的体验。据市场调研数据显示，预计到2025年，全球仿生机械手市场规模将达到500亿美元，其中家庭服务领域的市场份额将超过10%。

1.3仿生机械手的研究现状

(1)目前，仿生机械手的研究主要集中在提高机械结构的灵活性、精确性和稳定性。例如，日本东京工业大学的研究团队成功研发了一种名为“软体机械手”的新型仿生手，其采用柔性材料和智能驱动，能够在复杂环境中灵活操作。该机械手在2018年国际机器人与自动化会