西安建筑科技大学华清学院 张永昊 王朝阳

本文介绍了一种用于书法、绘画的水平关节机械臂的设计。通过大量的实验与分析，将步进电机应用到机械手中，步进电机易于控制且精度高可达到机械手快速、稳定书写、绘画的要求。就在书法和绘图中的应用中，SCARA（斯卡拉）型机械手相对于其他关节型机械臂来说具有成本低、易控制、运动速度快等特点。

当今社会机械与工业领域日益交融，但是机械在文化方面的交融是少之又少，因此我们提出机械手和书法绘画相结合、这不仅是艺术和技术的交融，也是中国传统文化的延续发展，对于提高学生书写绘画水平具有非常积极地意义（见图1）。

图1 机械手示意图

1 总体方案的设计

总体方案从结构和控制两方面来介绍。

结构方案为三自由度SCARA结构，通过大臂、小臂的转动来完成末端在水平面上的移动，通过Z轴的转动，使末端在垂直方向上的移动。垂直移动和水平移动电机分明，SCARA结构善于在平面做往返运动，具有成本低、运动速度高、定位精度高等特点。

控制方案为基于PC+单片机运动控制器的控制系统。PC端的任务为规划任务和主要的人机交互，单片机的任务为控制运动和次要的人机交互。这种方案具有投入成本低、设备普及率高、系统开发方便等特点。

2 机械结构的设计（见图2）

图2 结构示意图

就以上图纸我们进行结构介绍：

（1）基座：基座由上下两个钢板、周围四块亚克力板、四块铝型材构成，其作用在于固定。……