七自由度机械臂控制系统设计

针对本文所研制的走 自 由度机械臂 ， 设计 一种基于 ＣＡＮ 总线通讯 的控 制系 统 。 通   过 Ｄ ｅｎａｖ ｉ ｔ－Ｈａｒ ｔｅｎｂｅｒ ｇ 参数法构建机械臂的数学模型 ， 推导正运动学 公式 ， 设计基于牛   顿迭代法 的逆解算法 ， 解决逆运动学 的数值解法多解性 问题 ， 获取最优解 。 在此基础 上 ，   在 关节 空 间设计 了 Ｈ次插值和五 次插值算法进行路径规划 ， 实现对机械臂 的 点到 点 的运   动控制 ； 在 笛卡 尔空 间 ， 设计空间直 线轨迹和空 间 圆 弧轨迹规划算法 ， 实现机械臂直线   和 圆弧运动 。 设计机械臂控制 系统 的硬件框架 ， 包括微处理器系 统 电 路和传 感器模块 电   路 设计 、 通讯总线与各元器件 的选型 。 编 写机械臂控制 软件 ， 包括 Ｐ ＩＤ 控制器 、 人机交   互软件和下位机角 度获取 模块程序 ， 制 定系统 通信协议 ， 实现用 户对机械臂的各种操作   和 设置 。  为验证古 自 由 度机械臂控制系统 的性能满足设计要求 ， 进行试验 Ｉ 第 一 ， 验证基于   牛顿迭代法的逆解算法的准确性 ， 对机械臂 逆解结果进行分析测试 。 第 二 ， 在机械臂 安   装过程中 ， 需要对安装的 部件进巧测试 ， Ｗ确 保安装部件可 Ｗ 正常工作 ， 当单个关节安   装完毕时也需 要进巧测 试 ， 保证每安装新 的关节之前系 统是正常 的 。 第 Ｈ ， 对机械臂各   关节尺寸进行标定实验 ， 计算机械臂建模所 需要 的 关节参数 ， 为后续 的误差优化处理做   准 备 。 第 四 ， 实现用 户 通过软件准确地控制机械臂 ， 对系统 的通讯进行 测试 ， 计算 总线   负 载率 ， 保证各 关节可 Ｗ正常 通讯 ； 对控制 界面 的各功 能测 试 ， 保证毎个按键实现其对   应 功 能 。 第五 ， 系 统测试保证机械臂可 Ｗ完成用 户 指 定动作 ， 设计多种 动作 ， 测试机械   臂是否可 Ｗ 完成指 定动作 。 第六 ， 测试机械臂的精度和误差 ， 设计机械臂运动 路径点 的 坐 标 ， 测 量实际坐标系所经过 点 的坐标 ， 分析计 算误差 。   路 设计 、 通讯总线与各元器件 的选型 。 编 写机械臂控制 软件 ， 包括 Ｐ ＩＤ 控制器 、 人机交   互软件和下位机角 度获取 模块程序 ， 制 定系统 通信协议 ， 实现用 户对机械臂的各种操作   和 设置 。  为验证古 自 由 度机械臂控制系统 的性能满足设计要求 ， 进行试验 Ｉ 第 一 ， 验证基于   牛顿迭代法的逆解算法的准确性 ， 对机械臂 逆解结果进行分析测试 。 第 二 ， 在机械臂 安   装过程中 ， 需要对安装的 部件进巧测试 ， Ｗ确 保安装部件可 Ｗ 正常工作 ， 当单个关节安   装完毕时也需 要进巧测 试 ， 保证每安装新 的关节之前系 统是正常 的 。 第 Ｈ ， 对机械臂各   关节尺寸进行标定实验 ， 计算机械臂建模所 需要 的 关节参数 ， 为后续 的误差优化处理做   准 备 。 第 四 ， 实现用 户 通过软件准确地控制机械臂 ， 对系统 的通讯进行 测试 ， 计算 总线   负 载率 ， 保证各 关节可 Ｗ正常 通讯 ； 对控制 界面 的各功 能测 试 ， 保证毎个按键实现其对   应 功 能 。 第五 ， 系 统测试保证机械臂可 Ｗ完成用 户 指 定动作 ， 设计多种 动作 ， 测试机械   臂是否可 Ｗ 完成指 定动作 。 第六 ， 测试机械臂的精度和误差 ， 设计机械臂运动 路径点 的 坐 标 ， 测 量实际坐标系所经过 点 的坐标 ， 分析计 算误差 。