基于虚拟仪器的多自由度机器人手臂的控制研究

摘要

虚拟仪器是对传统仪器的重大突破，是计算机与仪器相结合的产物，具有明显的技术优势，代表着仪器发展的最新方向和潮流。多自由度机器人手臂具有较高的作业能力，因此对它的控制成为机器人研究领域的一个重要方向，具有较强的理论意义和实际价值。作为研究生创新实践平台项目，本文提出了基于虚拟仪器的多自由度机器人手臂的控制方案。
　　 论文首先研究并确定了适合本控制系统的虚拟仪器PXI总线方案；对多自由度机器人手臂进行了运动学方面的理论计算与研究；完成了运动控制模块的配置，以及多自由度机器人手臂相关接口和驱动电路的分析与设计；最后，在上位机虚拟仪器的LabVIEW环境下完成了运动控制软件的研究与开发，分别运用一维运动、二维运动与三维运动控制方法，实现了对多自由度机器人手臂的控制。
　　 基于虚拟仪器的多自由度机器人手臂控制方案，具有开发周期短、可靠性高、应用领域广泛和易于二次开发等优点，为研究生创新实践活动提供了良好的项目平台。基于此平台，可开展多自由度机器人手臂控制技术的深入研究。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文选题背景和意义

1.2 虚拟仪器技术概述

1.2.1 虚拟仪器的概念与发展

1.2.2 虚拟仪器的优势

1.3 机器人技术概述

1.3.1 机器人技术的概念与发展

1.3.2 机器人技术的研究现状

1.4 课题主要工作

1.5 论文内容安排

1.6 本章内容小结

第二章 系统原理及总体方案设计

2.1 方案讨论

2.1.1 传统方案

2.1.2 本系统原理与总体方案

2.2 实验平台

2.2.1 多自由度机器人手臂结构与组成

2.2.2 系统总线选型及配置

2.3 本章内容小结

第三章 多自由度机器人手臂运动学分析

3.1 机器人手臂运动学理论基础

3.1.1 多自由度机器人手臂的位置与姿态描述研究

3.1.2 连杆变换矩阵的研究

3.2 多自由度机器人手臂的运动学分析

3.2.1 正向运动学分析

3.2.2 逆向运动学分析

3.3 实验结果及验证

3.4 本章内容小结

第四章 系统硬件研究与设计

4.1 运动控制模块原理与使用

4.1.1 运动控制器PXI-7350的原理与使用

4.1.2 通用运动界面UMI-7764的研究与使用

4.1.3 多自由度机器人手臂控制接口定义与使用

4.2 机器人手臂驱动电路设计

4.2.1 多自由度机器人手臂的相关电机简介

4.2.2 多自由度机器人手臂的步进电机驱动电路设计

4.3 实验结果及验证

4.4 本章内容小结

第五章 系统软件研究与设计

5.1 虚拟仪器软件体系及开发环境概述

5.2 基于LabVIEW的运动控制方案研究与设计

5.2.1 运动控制助手的使用

5.2.1 运动控制程序的研究与设计

5.3 实验结果及验证

5.4 本章内容小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

读硕士学位期间公开发表论文