基于嵌入式Linux的移动机械臂控制系统设计

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michaelwf
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随着社会的发展,劳动力成本越来越高,机器人作为一种可替代人生产作业的产品逐渐开始走进人类生活,21世纪机器人呈现飞速的发展,各类机器人得到开发与研制,被广泛应用于工业生产、航空航天、医疗卫生、家庭服务、教育交流等行业,促进了人类社会的发展。服务机器人作为最靠近人类的一类机器人,具有重大的研究价值。服务机器人中应用最广泛的的是移动机器人,一般由移动平台搭载一个或两个机械臂组成。本文设计的移动服务机器人,移动平台采用四轮全向移动车,可以实现任意方向的移动,相较与普通移动平台运动更加灵活。机械臂采用模块化的七自由度机械臂,机械臂的控制系统集成与关节模块内部,机械臂更加简洁,可方便进行扩展。主要研究内容如下:  首先,进行移动机械臂系统结构的总体设计。移动平台选择基于MECNUM轮的全向移动平台,根据移动平台负载选择MECNUM轮和驱动电机。机械臂结构的设计,采用七个旋转关节组成的冗余七自由度模块化机械臂。设计了模块化关节,在关节中安装伺服驱动器,行星齿轮减速机构,制动器和传感器,由标准的模块化关节组建机械臂。  其次,进行移动机械臂系统的运动学分析。对移动平台和七自由度机械臂建立数学运动模型。通过几何法与代数法建立了机械臂的运动学模型,在Matlab中建立了机械臂的仿真模型,使用模特卡洛法仿真出机械臂的工作空间。最后进行逆运动学求解并验证逆运动学的正确性。  然后,进行移动机械臂控制系统的设计。系统控制方案选择,机械臂的控制方式选择基于CAN总线的分布式控制,上位机作为CAN总线主节点,各关节控制器作为从节点,实现机械臂实时控制;移动平台的控制通过串口总线控制。对移动机械臂控制系统了进行硬件设计和软件设计。  最后,进行移动机械臂的运动规划。介绍移动机械臂的运动控制方式,对机械臂进行了任务空间的轨迹规划,首先设计任务空间的规划算法,在任务空间设计两种实验,直线轨迹实验与圆弧轨迹实验,验证了轨迹规划算法的正确。对于移动平台实现平台的点到点控制,通过抓取实验验证移动机械臂控制系统的完整性。
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