四自由度機械臂控制研究.pdf

1、機械臂作為家庭服務(wù)機器人的執(zhí)行機構(gòu),它對家庭服務(wù)機器人能否完成特定任務(wù)起著重要的作用,因此,對機械臂的研究也是家庭服務(wù)機器人技術(shù)發(fā)展的過程中的主要課題。而機械臂的控制理論、運動學(xué)和人機交互則是機械臂領(lǐng)域研究的重點和熱點。
　　本文以四自由度機械臂為研究平臺,闡述了機械臂設(shè)計過程中的熱點和難點問題,針對這些難點問題采用了PC+FPGA作為控制核心,同時應(yīng)用反變換法和幾何法來求取運動學(xué)逆解,設(shè)計了一臺適合家庭服務(wù)機器人的機械臂系統(tǒng),并

2、對機械臂系統(tǒng)軟硬件設(shè)計及仿真做了詳細(xì)的說明。
　　首先,本文在國內(nèi)外相關(guān)機械臂的研究基礎(chǔ)上,根據(jù)機械臂研究的關(guān)鍵技術(shù)和難點,同時結(jié)合家庭服務(wù)機器人的發(fā)展需求,對這些關(guān)鍵技術(shù)和難點問題展開討論,并在第二章通過對機械臂應(yīng)用D-H參數(shù)法建立運動學(xué)模型,分析機械臂的正解和逆解的求解方法,針對求取運動學(xué)逆解時存在的難點,提出了同時采用反變換法和幾何法的逆解求解方法。
　　其次,在機械臂硬件設(shè)計時采用功能強大、設(shè)計靈活方便的 FPGA作

3、為運動控制核心,并對FPGA控制器的資源進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,然后從機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計、直流伺服電機驅(qū)動器和增量式光電編碼器四方面對硬件設(shè)計做了說明。
　　再次,分別從FPGA平臺和PC機兩方面對機械臂的軟件設(shè)計進(jìn)行介紹。其中PID算法是機械臂運動控制的主要算法,UART通信協(xié)議是FPGA和PC機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的主要方式,編碼器信號是機械臂的反饋信號,依次介紹了其在FPGA平臺的實現(xiàn)方法。而PC機軟件是機械臂和人之間交互的窗口,