基于LAB VIEW的四自由度机械臂运动控制系统设计.docx

基于LABVIEW的四自由度机械臂运动控制系统设计基于LABVIEW的四自由度机械臂运动控制系统设计hesp导语：采用NI公司的LabVIEW8.2作为开发平台，通过ADLINK支持LabVIEW的PCI一四轴运动控制卡b0引言/b尽管对于机械操纵臂的研究已不是一个全新的课题，但是，怎样在机械手臂高位置精度的条件下，尽可能地降低制造本钱和缩短制造周期，这还是值得不断探究的问题。传统工业机械臂，其设计方法多为串联形式，即通过将驱动与传动元如电机、减速器等直接安装在转动副附近，这样的设计固然简单直接，但是由于驱动件自身成为了机械臂负载，能大大减少机械臂的有效载荷，同时也会产生振动等不良影响降低机械臂定位精度。为此提出了利用钢丝传动机构来实现驱动件到末端负载的动力传递，这样的设计可以最大程度减小驱动件本身对于机械臂负载才能的影响，同时由于钢丝本身的弹性也使得机械臂具有一定柔性，实现一定的自适应功能。由于传动件的位置调整，所以在控制系统的设计中，要求可以对于机械臂最终的末端位置准确地进展反应控制。b1自由度机械臂机械系统/b本文讨论的四自由度机械臂面向中小型物流系统应用。其根本的设计要求为：实用、有相对大的作业空间、抓取重量不小于2.5kg、具有不大于的重复定位精度、自重轻、外观整洁。出于操纵便捷实用的考虑，设计腰部转大臂俯仰、小臂俯仰和腕部回转4个自由度，整体采用重力方向折叠展开型构，大臂俯仰与小臂俯仰为一组平面自由度，如图1所示。机械手臂主要通过钢丝绳传动机构，把小臂俯仰关节的电机和齿轮减速器等额外负载放置在机械臂基座局部，进而减轻了对其它关节驱动元件的要求及机械臂整体的功耗，降低了机械臂自身重量，增加了其对外做功的才能和效率n。该机械臂不仅实现重量轻、对外做功才能大等性能指标要求，而且具有制造简单、造价低等优点，有利于工业推广普及。通过新型内嵌式钢丝绳张紧装置可以简便地对张紧力进展现场调节，解决了钢丝绳传动存在的各种问题，有效地进步了机械臂的重复定位精度，自重与负载才能比到达4：1。控制系统体系构造在控制构造的选择上，采用了工业控制计算机与运动控制卡motioncontrolcard的上下位机形式，这种方式更便于进展复杂的机械臂运动的计算与控制软件的设计。控制系统的整体构造如图2示。控制系统设计实现.硬件设计在综合考虑了项目的机械构造要求、功能目的和开发周期等因素后，对于控制系统的设计有如下的方案：对于底盘腰部、大臂俯仰和小臂俯仰这个自由度，利用伺服电机驱动和编码器反应来构成闭环控制系统，由于本项目对于定位精度的要求，伺服电机控制方式选为位置控制即脉冲控制。因此选用了支持LabVIEW平台的PCI一8134作为伺服电机的运动控制器。对于手腕旋转自由度以及抓取手爪吸合张开的控制，考虑到这局部机构主要处于靠近末端负载，要求体积尺寸小等原因，选择采用了直流电机配齿轮减器，并通过线性电位计的电压值来间接测量角度值的方案。相应也选择了支持abVIEW平台的PCI一9l14DG作为数字IO控制器。LabVIEW本身带有大量的数字信号处理，可以有效地解决控制系统中常会碰到的信号干扰及滤波等问题。利用LabVIEW可以缩短项目的开发周期，得以迅速完成机械设计、材料加工和控制系统软硬件设计等进度，这些也是优先选择作为系统开发平台的重要原因。软件设计控制系统软件设计在考虑了整个机械臂的技术要求后，主要功能大致可以分为以下几类：系统硬件信息反应、运动参数设置、手动及自动运动控制、机械臂空间位置的捕捉与再现和文件操纵等。需要讲明的是对于伺服电机位置的检测主要是通过对相应伺服电机编码器的读取来获得实际位置的反应，在极限位置处借助霍尔传感器向PCI一传递触发信号，实现极限位置的检测，并通过定时读取Io存放器的值来实现机械臂运动状态的反应。而直流电机的位置检测那么是通过固结在齿轮减速器上的线性电位机的电压，来间接测量出直流电机的转角。直流电机电位器输入电压时碰到了沟通干扰信号的影响，借助LabVIEw自带的信号处理函数可以有效地抑制干扰信号对于程序判定逻辑的影响在现场无法快速获得物理滤波器时，可以考虑利用的软件滤波。文件操纵在程序的开发经过中，时常会碰到需要对一些数据进展添加、存、删除和读取等功能的场合。如在VC或VB等开发平台中，文档的操纵由于涉及了文档模版构造的设计、文件指针操纵及消息影射等，文件操纵的实现显得较为复杂。而在中借助writetOspreadsheet，等文件操纵vi、表格控件、数组操纵.点击此处下载资料:编辑:何世平0