一种人机交互式跟踪目标的机械手控制系统设计与实现

摘要

随着国力的增强和世界竞争力的不断增大，机器人的发展也越来越受到国家的重视，特别是机械手领域的发展更为突出。机械手不仅应用于传统制造业如采矿，冶金，石油，化学，船舶等领域，同时也已开始扩大到核能，航空，航天，医药，生化等高科技领域以及家庭清洁，医疗康复等服务业领域中。
　　本文主要介绍了一种人机交互式的跟踪目标的机械手，并以机器人智能上假肢为例详细介绍了控制系统的设计与实现。假肢主要以一种微型工控机作为其控制主板，并以一种高性能机器人专用舵机作为假肢的驱动装置。针对假肢分析并建立了D-H坐标系，并根据此坐标系推导出了假肢的正运动学方程。其次介绍了假肢的整体空间模型，主要由两个位姿传感器和激光测距传感器组成。两个位姿传感器一个安装在佩戴者肩部，一个安装在头部，通过比较这两个位姿传感器的角度可以得出头部的转动和俯仰角度。通过激光测距传感器确定目标物的位置以及距离，并通过一定的空间坐标变换举证，得出了一种能对空间随机目标进行坐标定位的算法。由于求解逆运动学方程往往会出现多解或者无解的情况，所以本文提出了一种利用GRNN神经网络求逆解的新型智能算法，此算法有效的避免了以往运行神经网络离不开Mtalab的困境，使得在普通单片机上运行成为可能。另外为了提高假肢的运行速度和稳定性，针对舵机的性能，提出了一种比例控制舵机速度和柔性的算法，有效的提高了假肢的运行速度和稳定性。论文还介绍了一种运用智能手机语音识别和手机蓝牙控制假肢的新型控制方法。最后介绍了假肢控制系统的软件实现方法和操作流程图。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 课题来源

1．3 背景技术

1．4 国内外研究现状

1．5 课题研究内容

2 机械手的硬件结构及运动学建模

2．1 机械手的机械结构及控制系统的硬件组成

2．2 机械手的D-H坐标系建立

2．3 机械手的运动学方程

2．4 本章小结

3．机械手对空间随机目标抓取的实现

3．1 随机目标空间定位系统设计

3．2 机械手关节反解算法概述

3．3 基于GRNN神经网络的机器人逆运动学求解算法

3．4 本章小结

4．机械手运动速度与稳定性提高

4．1 引言

4．2 比例控制实现机械手运动速度的提高

4．3 机械手舵机柔性设置方法

5．手机蓝牙信号控制机械手的原理与实现

5．1 手机蓝牙与pc机通信原理

5．2 蓝牙信号检测与识别的具体实现

5．3 本章小节

6 机械手的软件构成以及操作流程图

6．1 VS2008对话框的创建

6．2 姿态传感器的软件控制

6．3 激光测距传感器的软件控制

6．4 假肢程序构成

6．5 机械手的主要控制指令

6．6 机械手的整体操作步骤

6．7 本章小结

7 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况