钻孔机械臂控制体系硬件设计与实现

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1、今年，共有19所高校部分外国语专业可单独招生，这些单招的试点院校将按有关规定自行组织命题和单独考试，在全国统考前提前录取钻孔机械臂控制体系硬件设计与实现　　0绪论　　工业机械臂（以下简称机械臂）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，作为多学科融合的边沿学科，它是当今高技术发展最快的领域之一，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。随着机器人系统设计应用的复杂化以及机器人系统对控制精度、实时性能、可靠性的要求不断变高，需要给机械设备装备嵌入式操作系统。嵌入式系统应用于机械的控制，将是机器控制领域的一个发展方向，为机器的智能控制的实现提供了广阔的平台。与传统的微处理器和DS

2、P相比，ARM微处理器资源丰富，具有很好的通用性，其主要技术优点是高性能、低价格、低功耗，可以广泛的应用于各个领域，因此将ARM应用于机械臂控制系统不失为一种好的策略。　　1机械臂功能设计小语种自主招生的对象主要是外语教学质量较高的普通高中应届毕业生，考生被录取后，不得再报考其他高校，新生入学后也不得转入其他专业。今年，共有19所高校部分外国语专业可单独招生，这些单招的试点院校将按有关规定自行组织命题和单独考试，在全国统考前提前录取　　本文主要研究的是单臂式钻孔机械臂，这种机械臂需要完成的动作有：前行、后行、左行、右行、上行、下行。这些动作相互结合，完成相应的动作安排。根据上述动

3、作要求，工艺流程如下：(1)本文研究的机器臂主要由底座(或躯干)、机械臂构成。底座的主要任务是支撑和完成手臂上下左右的移动，实现机械臂在工作空间中的活动；(2)机械臂的底座固定不动，机械臂的Y轴由伺服电机驱动在平行于底座的平面进行前后运动，即是在Y轴平面中的运动；(3)X轴在上位机对伺服驱动器发出指令后和Y轴同时移动，进行左右的运动，即在X轴平面中的运动，同时运动就可以实现机械臂在X-Y平面上的精确定位；(4)在X轴上安装一个气动式动力头，当在X-Y平面上精确定位之后，处理器通过控制电磁阀动力头进给，带动钻头旋转进行既定的钻孔。总结归纳可知，X-Y轴用于机械臂钻孔的定位，Z轴做往

4、复运动进行钻孔；(5)机械臂完成上位机发出的脉冲指令，回到机械原点，等待下一次的指令。　　工作过程如下：上位机对控制机发出脉冲指令，电机控制系统从控制器中获取指令数据，传感器系统检测在机械臂工作的范围之内有无障碍物，确定无障碍后开始动作，在系统运行中与电机同轴度编码器实时反馈机械臂所到达的位置，以判断是否完成规定动作。当控制器接受编码器反馈的数据判断出规定动作完成后系统暂停动作，等待下一次指令。为了使机械臂在接受到指令后高速准确的完成动作，本设计在硬件上采用了伺服驱动系统，软件上采用模糊控制算法。电机驱动系统由ARM处理器及其相关外围硬件和电机驱动器组成，ARM处理器发出指令脉冲

5、下达给伺服驱动器，电机驱动器驱动电机运转，运行期间，ARM处理器根据编码器反馈的信息判断机械臂的运动状态，实现实时跟踪定位和位置定位。小语种自主招生的对象主要是外语教学质量较高的普通高中应届毕业生，考生被录取后，不得再报考其他高校，新生入学后也不得转入其他专业。今年，共有19所高校部分外国语专业可单独招生，这些单招的试点院校将按有关规定自行组织命题和单独考试，在全国统考前提前录取　　2模糊控制算法在ARM控制系统中的实现　　输入量模糊化　　模糊控制算法用在ARM中,则需使用在ARM中可以运行的软件实现模糊控制，这样就把能将原来的数字控制器改成模糊控制器，从而构成了一个基于ARM的

6、模糊控制系统。由此可见，这种模糊控制器在本质上只是一种控制算法与硬件的结合，与其它的模糊算法的差别在于用ARM的语言来实现模糊化、模糊推理决策以及反模糊化过程。这种模糊控制器的优点是资源消耗少，灵活性高，通用性强，应用范围广等。必须注意的是设计过程中要考虑到ARM的内存空间，运算速度，以及模糊算法的执行效率和系统的实时性要求。在模糊控制器中，给定目标为r，将光电编码器检测到的电机转速作为反馈输入。然后计算得到转速偏差e(k)和转速偏差变化率Δe(k)，量化和模糊化后作为模糊控制器的两个输入信号，反模糊后得到精确的PID参数，经过PID运算得到电机控制信号，此控制信号经过进一步的转

7、换，可得到PWM控制寄存器的设定值，写入PWM寄存器后，从ARM的PWM输出端口将得到相应的PWM控制信号，经过驱动器驱动伺服电机，使钻孔机械臂达到计算机的控制运动要求。在机械臂硬件平台控制系统中,计算机通过串口与ARM处理器通信,发送控制命令控制机械臂的运动状态。用编码器检测电机的旋转速度。小语种自主招生的对象主要是外语教学质量较高的普通高中应届毕业生，考生被录取后，不得再报考其他高校，新生入学后也不得转入其他专业。今年，共有19所高校部分外国语专业可单独招生，这些单招的试点院