七自由度機械臂控制系統(tǒng)設計與研究.pdf

1、隨著人工智能化和生產(chǎn)工業(yè)化發(fā)展，工業(yè)機器人和康復醫(yī)療機器人越來越普及，機械臂作為主要的執(zhí)行機構，對重量、負載能力、靈活性，仿人運動，規(guī)避障礙，完成復雜任務等方面提出了更高的要求，因此七自由度機械臂控制系統(tǒng)的設計與研究成為該領域重要的研究方向。本文結(jié)合實驗室的機械臂項目，研制七自由度機械臂控制系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對七自由度機械臂的運動控制和路徑規(guī)劃。
　　針對本文所研制的七自由度機械臂，設計一種基于CAN總線通訊的控制系統(tǒng)。通過Denav

2、it-Hartenberg參數(shù)法構建機械臂的數(shù)學模型，推導正運動學公式，設計基于牛頓迭代法的逆解算法，解決逆運動學的數(shù)值解法多解性問題，獲取最優(yōu)解。在此基礎上，在關節(jié)空間設計了三次插值和五次插值算法進行路徑規(guī)劃，實現(xiàn)對機械臂的點到點的運動控制;在笛卡爾空間，設計空間直線軌跡和空間圓弧軌跡規(guī)劃算法，實現(xiàn)機械臂直線和圓弧運動。設計機械臂控制系統(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計、通訊總線與各元器件的選型。編寫機械臂控制軟件

3、，包括PID控制器、人機交互軟件和下位機角度獲取模塊程序，制定系統(tǒng)通信協(xié)議，實現(xiàn)用戶對機械臂的各種操作和設置。
　　為驗證七自由度機械臂控制系統(tǒng)的性能滿足設計要求，進行試驗，第一，驗證基于牛頓迭代法的逆解算法的準確性，對機械臂逆解結(jié)果進行分析測試。第二，在機械臂安裝過程中，需要對安裝的部件進行測試，以確保安裝部件可以正常工作，當單個關節(jié)安裝完畢時也需要進行測試，保證每安裝新的關節(jié)之前系統(tǒng)是正常的。第三，對機械臂各關節(jié)尺寸進行標定實