毕设答辩小型六自由度的工业机械手的控制设计课件.ppt

研究背景 工业机器人，又称机械臂，在现代化工业生产中正发挥着越来越重要的作用，它被广泛应用到流水生产线上，代替人类从事焊接、喷涂、搬运等许多较繁重的劳动，这不仅大大提高了生产效率，同时也极大地提高了产品的加工精度和产品质量。对机械臂的研究，可以使我们深入了解机械臂的工作机理和控制特点，特别是对机械臂控制系统和控制算法的研究，可以有效提高机械臂的控制精度，增强机械臂的环境适应能力，从而拓宽其应用领域，使之更好的服务于现代工业。研究内容 论文的研究对象为哈尔滨工程大学自动化学院学生创新实验室的小型六自由度机械臂。论文的主要内容是对其进行开发，主要包括：对机械臂结构的改进、数学建模、运动学分析、轨迹规划、三维仿真、控制系统设计、控制算法研究等。重点是控制系统设计和控制算法研究。总体研究方案 机械臂的运动学分析和轨迹规划涉及大量的矩阵运算，普通控制器难以完成这种解算任务。通常的做法是，PC 机作为上位机完成关节角的解算并将解算出的角度值发送到下位机；微控制器作为下位机，接收关节角，完成位置闭环控制。具体讲解内容 1、机械臂的结构和数学模型 2、运动学分析 3、轨迹规划与角度反解 4、上位机控制界面 5、控制系统硬件设计 6、控制系统软件设计 7、系统的调试 8、总结 上位机下位机准备工作调试总结1、机械臂的结构和数学模型 改装后的机械臂 机械臂关节坐标系图返回 正运动学：给出关节角度，求末端执行器空间位姿 逆运动学：给出末端执行器空间位姿，求关节角度利用MATLAB Robot ToolBox 工具箱进行仿真：1、运动学分析运动学2、轨迹规划与角度反解 轨迹是机械臂位姿关于时间的函数，轨迹规划是给出一条无冲突路径，求出沿这条路径机械臂的位置和姿势的时间经历。轨迹规划的三维仿真 利用OpenGL 编写三维仿真工具，验证轨迹规划是否正确视频演示 利用C#编写上位机控制界面程序，实现运动分析和轨迹规划，发送控制角度给下位机3、上位机控制界面返回1、控制系统硬件设计控制系统的硬件组成：控制电路、驱动电路、采样电路、通信电路控制电路设计：单片机：STC89C52 晶振频率:11.0592MHz驱动电路设计：驱动器采用L298n，单极性PWM 输出；控制电路与驱动电路光耦隔离采样电路设计：采样时钟由单片机ALE 脚的输出脉冲经四次分频电路产生，频率460KHz；8 位数据输出通信电路设计：异步串行通信，波特率9600，8 位数据位，1 位停止位；MAX232 电平转换硬件系统实物图：2、控制系统软件设计 PID 控制算法 通过误差经比例(P)，积分(I)，微分(D)控制后的线性组合，实现对被控对象的控制。组成框图：PID 算法MATLAB 仿真 取kp=4，ki=0.03，kd=0.5，PID 仿真曲线：