七自由度機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著人工智能化和生產(chǎn)工業(yè)化發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人和康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人越來越普及，機(jī)械臂作為主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對重量、負(fù)載能力、靈活性，仿人運(yùn)動(dòng)，規(guī)避障礙，完成復(fù)雜任務(wù)等方面提出了更高的要求，因此七自由度機(jī)械臂控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究成為該領(lǐng)域重要的研究方向。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械臂項(xiàng)目，研制七自由度機(jī)械臂控制系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對七自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制和路徑規(guī)劃。
　　針對本文所研制的七自由度機(jī)械臂，設(shè)計(jì)一種基于CAN總線通訊的控制系統(tǒng)。通過Denav

2、it-Hartenberg參數(shù)法構(gòu)建機(jī)械臂的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)正運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，設(shè)計(jì)基于牛頓迭代法的逆解算法，解決逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的數(shù)值解法多解性問題，獲取最優(yōu)解。在此基礎(chǔ)上，在關(guān)節(jié)空間設(shè)計(jì)了三次插值和五次插值算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂的點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)控制;在笛卡爾空間，設(shè)計(jì)空間直線軌跡和空間圓弧軌跡規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂直線和圓弧運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的硬件框架，包括微處理器系統(tǒng)電路和傳感器模塊電路設(shè)計(jì)、通訊總線與各元器件的選型。編寫機(jī)械臂控制軟件

3、，包括PID控制器、人機(jī)交互軟件和下位機(jī)角度獲取模塊程序，制定系統(tǒng)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)用戶對機(jī)械臂的各種操作和設(shè)置。
　　為驗(yàn)證七自由度機(jī)械臂控制系統(tǒng)的性能滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行試驗(yàn)，第一，驗(yàn)證基于牛頓迭代法的逆解算法的準(zhǔn)確性，對機(jī)械臂逆解結(jié)果進(jìn)行分析測試。第二，在機(jī)械臂安裝過程中，需要對安裝的部件進(jìn)行測試，以確保安裝部件可以正常工作，當(dāng)單個(gè)關(guān)節(jié)安裝完畢時(shí)也需要進(jìn)行測試，保證每安裝新的關(guān)節(jié)之前系統(tǒng)是正常的。第三，對機(jī)械臂各關(guān)節(jié)尺寸進(jìn)行標(biāo)定實(shí)