多自由度机械臂实时仿真系统是研究

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1、多白由度机械臂实时仿真系统研究摘要当今社会随着科学技术迅速发展，人们对生活质量的要求也越来越高。在这种趋势之下机器人越来越多的出现在日常的工作、，{三产、生活、娱乐和教育等各个领域。其中多自由度机械臂做为一种最常见的机器人，具有时变性，耦合性以及非线性等特点。在这个背景下，如何有效的提高机械臂控制系统的性能、缩短相关控制算法的开发周期一直是该领域内研究学者十分关注的重要内容。在分析了目前国内外实时仿真仿真系统的研究现状之后，本论文设计并实现了一个基于Matlab／Simulink的多自由度机械臂实时仿真系统。首先本论文通过对硬件在环实

2、时仿：其系统通用架构的分析，提出了一种以Matlab／Simulink为基础的多自由度机械臂实时仿真系统架构。该仿真系统以安装有PCI一1784板卡的PC机做为上位工作机；以AtmelMegal28为核心的硬件电路做为机械臂的硬件驱动器；以多自由度机械臂本体做为被控对象；使用串口连接了上位机和机械臂硬件驱动器，使用PCI一1784板卡连接了上位机和机械臂各关节的编码器。同时提出了基于Matlab／Simulink的上位机主控软件的解决方案，重点使用MatlabGUI界面开发工具设计开发了仿真系统的界面软件、使用C—MexS函数设计实现

3、了PCI一1784板卡基于Simulink的驱动程序以及基于Simulink的控制程序。然后分析了机械臂木体的物理结构，采用D—H方法建立了机械臂的正逆运动学方程；采用蒙特卡罗方法分析了机械臂的工作空间；对机械臂在关节空间和笛卡尔空问上的运动轨迹进行了规划研究和仿真实验。论文最后通过自动控制实验、示教再现实验和轨迹规划实验对多自由度机械臂实时仿真系统进行了实验验证。实验结果表明，多自由机械臂实时仿真系统具有和一定的实时性和控制精度；同时该系统还可以与Matlab／Simulink无缝连接，可以充分利用Matlab／Simulink提供

4、的系统函数和模块。这些特点都保证了该实时仿真系统可以有效的提高机械臂相关控制算法的研发效率、降低工作量。关键词：机械臂控制；实时仿真系统设计；硬件在环；轨迹规划哈尔滨工程大学硕士学位论文多自由度机械臂实时仿真系统研究ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,therequirementaboutqualitiesoflifearebecominghigherandhigherinpresent—daysociety．Inthesituation，theuniversal

5、lyapplicationsofrobothavebeenachievementinmanyfields，suchaseducation，entertainment，industrialproductionandSOforth．Robotaim，oneofthemostcommonrobots，hasitsownfeatures．Time—varying，CouplingandNon—lineararethemainfeaturesofit．Inthiscase，howtoimprovetheperformancesoftheRobo

6、tArmControlSystemandhowtoreducethealgorithmsdevelopmenttimearealwaysthemostimportantpointsconcernedbyscientistsinthisfield．AfteranalyzingthecurrentsituationsinChinaandothercountries，thisdissertationdesignsandimplementsaReal—TimeSimulationSystemforMulti—Degree—of-Freedom

7、RobotArmbasedonMatlab／Simulink．First，thedissertationpresentsthebasicprincipleofhardware—in—loopcontrolsystem．Aftertheanalyzingthehardware—in—loopcontrolsystem，theauthorputforwardaspecialarchitectureforthesimulationsystem，tobemorespecifics，thesystemusesthePCwithaPCI一1784

8、cardinitastheworkingplatform；usesthehardwarecircuitwithanAtmelMega128microprocessorasmanipulatordirver；usesmul