嵌入式软体机器人控制器的设计与研究

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采用软体或弹性材料制作的软体机器人,与传统的刚体机器人相比具有更好的安全性和柔顺性,由于其通常具有超冗余的自由度,在建模和控制方面仍然存在困难,有待进一步研究。本文针对一种具有多段弹性体关节的软体机器人,设计和提出了基于嵌入式ARM处理器和CAN总线的分布式控制系统方案,搭建了软体机器人的控制验证平台。根据软体机器人机械结构及其运动学模型,对运动控制过程中的插补算法进行了研究,阐述了直线插补算法和圆弧插补算法的基本原理和实现过程,以及梯形、S曲线加减速算法的基本原理与算法实现。根据软体机器人的控制需求,提出一种分布式控制系统,包括基于PC的上位机和多个关节运动控制器,上位机与各关节运动控制器之间通过CAN总线通讯,可实现多段弹性关节的协同运动。选用ARM系列微处理器芯片作为各关节运动的控制芯片,设计完成了关节运动控制器、CAN总线接口等硬件电路,搭建了软体机器人运动控制平台。最后对运动控制平台进行了调试和验证,完成了直线、圆弧运动轨迹以及弯曲夹取物体等实验动作。实验结果表明,基于正确的运动学模型,该控制系统可以实现软体机器人多轴协同运动控制,实现预期轨迹,CAN总线通讯可满足实时通讯要求,整个控制系统实现了预期运动控制功能。
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