基于stm32的机械臂运动控制分析设计

《基于stm32的机械臂运动控制分析设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、机器人测控课程设计机器人测控技术大作业课程设计课程设计名称：基于STM32的机械臂运动控制分析设计专业班级：自动1302学生姓名：张鹏涛学号：201323020219指导教师：曹毅课程设计时间：2016-4-28～2016-5-16指导教师意见：成绩:签名：年月日目录I机器人测控课程设计摘要1第一章运动模型建立21.1引言21.2机器人运动学模型的建立21.2.1运动学正解4第二章机械臂控制系统的总体方案设计52.1机械臂的机械结构设计52.1.1臂部结构设计原则52.1.2机械臂自由度的确定62.2机械臂关节控制的总体方案62.2.1机械臂

2、控制器类型的确定62.2.2机械臂控制系统结构72.2.3关节控制系统的控制策略7第三章机械臂控制系统硬件设计83.1机械臂控制系统概述83.2微处理器选型93.3主控制模块设计93.3.1电源电路93.3.2复位电路103.3.3时钟电路103.3.4JTAG调试电路113.4驱动模块设计123.5电源模块设计13第四章机械臂控制系统软件设计144.1初始化模块设计144.1.1系统时钟控制144.1.2SysTick定时器154.1.3TIM定时器164.1.4通用输入输出接口GPIO174.1.5超声波传感器模块17总结19参考文献20

3、附录A21附录B22I机器人测控课程设计设计要求：设计一个两连杆机械臂，具体参数自行设计，建立其运动学模型，然后在此基础上完成该机械臂两点间的路径规划，并给出仿真结果。设计完成上述目标的控制系统，控制器可以自行选择（单片机，ARM，DSP，PLC等），其他硬件部分根据系统所需要完成的功能自行选择，基本要求要体现系统的输入，输出信号和人机交互界面，画出整个系统的硬件结构（电路模块，驱动模块，控制模块等）和软件部分。XXIV机器人测控课程设计摘要由于机械臂在各行各业中得到了愈来愈广泛的应用，机械臂控制的多样化、复杂化的需要也随之日趋增多。作为当今

4、科技领域研究的一个热点，提高机械臂的控制精度、稳定性、操作灵活性对于提高其应用水平有着十分重要的意义。经过仔细的分析和研究之后，我选择的是STM32单片机进行控制，而自由臂选择工业中常见的四自由臂进行设计和建模分析，运动的控制选用舵机进行控制。首先根据机械臂系统的控制要求，整体上设计出单CPU的系统控制方案，即通过控制主控制器输出的PWM波的占空比实现对舵机转动的控制，进而实现各个关节的位置控制。在硬件方面，主要论述了如何以ARM微处理器STM32F103ZET6、MG995舵机为主要器件，通过搭建硬件平台和设计软件控制程序构建关节运动控制系

5、统。然后按照结构化设计的思想，依次对以上各部分的原理和设计方法进行了分析和探讨，给出了实际的原理图和电路图。在软件设计方面，按照模块化的设计思想将控制程序分为初始化模块和运行模块，并分别对各个模块的程序进行设计。关键词：四自由度机械臂，STM32，运动模型，脉冲宽度调制XXIV机器人测控课程设计第一章运动模型建立1.1引言机器人运动学描述了机器人关节与组成机器人的各刚体之间的运动关系。机器人在工作时，要通过空间中一系列的点组成的三维空间点域，这一系列空间点构成了机器人的工作范围，此工作范围可通过运动学正解求得。此外，根据机器人末端执行器的位置

6、和姿态要求，通过运动学逆解求得各个关节转角，可以实现对机器人进行运动分析、离线编程、轨迹规划等工作。机器人控制的目的就在于它能快速确定位置，这使得机器人的运动学正逆解问题变得更为重要。只有计算与运动学正逆解问题相关的变换关系在尽可能短时间内完成，才能达到快速准确的目的。在运动学方程正解过程中，只体现在矩阵相乘关系上，相对简单。1.2机器人运动学模型的建立本文所研究的机器人由四个旋转关节和四个连杆组成，故为四自由度机器人，如图1.1所示。图1.1用齐次坐标来描述机器人各连杆相对于参考坐标系的空间几何关系；用4×4的齐次变换矩阵来描述相邻两杆的空

7、间几何关系；从而推导出机器人手爪坐标系相对于参考坐标系的空间位姿关系，利用该法得到的D-H参数如表1所示。XXIV机器人测控课程设计图1.2机器人连杆坐标系表1机器人连杆的D-H参数连杆变换表示连杆坐标系{i}相对于{i-1}的变换，根据连杆变换的通式:（1）其中：得到各连杆之间的变换矩阵（2）XXIV机器人测控课程设计（3）（4）式中：s1,s2,s3,s4;c1,c2,cs3,c4分别表示sinθ1,sinθ2,sinθ3,sinθ4;cosθ1,cosθ2,cosθ3,cosθ4以下同。由矩阵(1）可知：连杆变换依赖于四个参数和，其中只

8、有一个参数是变化的，对于本文所研究的机器人，显然只有为变量，其余三个参数为常量。1.2.1运动学正解机器人运动学正解指：在已知机器人各关节变量θi(i=1,…,n)