排爆机器人五自由度机械臂控制系统设计与研究

摘要

排爆机器人的机械臂在任务执行过程中发挥着重要的作用,操作人员利用上位机控制系统远程地控制机械臂对爆炸物进行排除、搬运、甚至是销毁,这些工作的完成都离不开稳定可靠的控制系统.因此,对机械臂控制系统的研究具有重要意义. 本文为排爆机器人五自由度机械臂控制系统设计与研究,主要包括五自由度机械臂的运动学分析与仿真、运动轨迹规划、控制系统的硬件设计、软件设计以及上位机控制系统设计. 主要研究工作如下: 1、利用D-H法建立了五自由度机械臂的运动学模型,并进行了正、逆运动学求解,使用Matlab中的Robotics Toolbox工具箱对其结果进行了仿真验证;采用Matlab中的SimMechanic工具箱仿真了五自由度机械臂的工作空间;运用微分变换法推导了雅克比矩阵,并用矢量积法验证了结果的正确性,分析了奇异位形. 2、对五自由度机械臂的运动轨迹进行了规划.在关节空间中,采用了三次、五次多项式插值的方法,求出了各关节的轨迹函数,用Matlab绘制出了函数曲线,并进行了对比分析;在笛卡尔空间中,使用空间直线插补方法和空间圆弧插补方法规划了末端执行器运动的轨迹,并用Matlab进行了仿真实验. 3、开发了主控制器模块、电源模块、电机控制模块、传感器模块、通信模块和安全模块;对所需器件进行了选型;通过对器件工作原理及性能的分析研究,设计了各模块中的硬件电路. 4、选择了μC/OS-Ⅱ操作系统,将其移植到了主控制器STM32F103ZET6上;利用ARM开发工具编写了系统初始化程序、识别程序、电机控制程序和传感器模块控制程序;设计了电机控制通信协议和传感器通信协议. 5、利用Labview软件设计了上位机控制系统,实现了五自由度机械臂的远程控制及临场实时信息的显示;利用3D Picture控件技术开发了模拟培训仿真平台,可辅助操作人员执行排爆任务.

目录

第一个书签之前