三自由度机械手控制系统的设计与实现

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1、广东工业大学硕±学位论文（工学硕±）Ｈ自由度机械手控制系统的设计与实现蒋亚飞二〇—六年五月分类号：１１８４５；学校代号ＵＤＣ１１１３０４０４５：密级：学号；２广东工业大学硕壬学位论文（工学硕±）Ｈ自由度机械手控制系统的设计与实现蒋亚飞指导教师姓名、职称；失燕飞副教授学科（专业）或领域名称；控制科学与工程学生所属学院；自动化学院论文答辩日期；２０１６年５月ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙｆｏｒ

2、ｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｇ（Ｍ泣ｓｔｅｒｏｆ￡ｎｇｉｉｉｅｅｒｉ打ｇＳｃｉｅ打ｃｅ）Ｃｏｎ－ｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆ３ＤＯＦＲｏｂｏｔＭａｎｌｉｐｕａｔｏｒＣａｎｄ：ｆｅｉｄａｔｅＪｉａｎｇＹａｉＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：ＺｈｕＹａｎｆｅｉｐＭａｙ２０１６ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，５１０００６摘要

3、摘要一机械手作为机器人研究的领域之，不管在工业还是在其它行业发挥的作用越来越大，国，。随着中国经济的快速发展家对机械手的开发研究的支持力度越来越大对机械手开发的投入也开始飞速増长，。随着互联网的发展中国提出了《中国制造＂＂２０２５》巧互联网工业，更迎来了Ｈ自由度机械手的快速发展。＝论文的研究对象是在搬运自由度机械手的基础上设计的机械手控制系统，该机械手控制系统的控制器是基于ＡＲＭ为核也设计的。其中，它是基于关节型固定式Ｈ自由度搬运机械手，机械手控制系统的设计与控制是本文对机械手研究的主要内容。本文在原有的Ｈ自由度机械手基础上对

4、其进行了数学建模、控制器的设计Ｗ及ＡｎｄｒｏｉｄＡＰＰ的设计和开发、硬件和软件系统的设计和开发Ｗ及机械手轨迹控制算法的设计。主要内容如下：（１）本文在现有的Ｓ自由度机械手的基础上，对Ｈ自由度机械手进行机械结－，ＤＨ构分析并基于方法建立了机械手的正向运动学和逆向运动学模型，。另外本文基于牛顿－欧拉公式方法和拉格朗日方法并在现有的Ｈ自由度机械手的基础上建立了运动学和动力学模型。（２）在前面对机械手动力学和运动学研究的基础上，为了能有更快的跟踪速度、轨迹跟踪性能Ｗ及克服Ｈ自由度机械手本身不确定性的干扰，本文在对滑模控制算法深入研

5、究的前提下，提出了基于高增益微分器的单关节机械手滑模控制轨迹跟踪控制算法。通过ＭＡＴＬＡＢ仿真表明本文提出的基于高增益微分器的滑模控制算法具有快速跟踪和抗干扰性能。（３）介绍了基于ＡＲＭ的Ｈ自由度机械手控制系统的硬件设计和软件开发Ｗ及基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统的ＡＰＰ的设计和开发。Ｈ自由度机械手硬件系统控制器可分为电源模块、ＣＡＮ模块、ＰＷＭ信号处理模块、串口模块和ＷｉＦｉ模块。软件系统包括机械手控制系统控制器ｎｄｒｏｉｄＡＰＰ的设计与开发。、交互式控制机软件设计与开发Ｗ及Ａ该控制系统成本低廉、性能非常高，而且还可Ｗ通过手机、平板等移

6、动终端通过ＡＰＰ来远程控制机械手的运动。Ｉ广东工业大学硕去学位论文ｄｉｄ关键词：机械手，高增益微分器，滑模控制，Ａｎｒｏ，ＡＰＰＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＡｓｏｎｅｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃｓｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｓｕｅ，Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ＇ｗｈｅｔｈｅｒｉｎｉｎｄｕｓｔｒｏｒｉｎｔｈｅｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ．ＷｉｔｈｔｈｅｒａｉｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆＣｈｉ打ａｓｅｃｏｎｏｍｙｐｐｙ，ｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｒｅｓｅ

7、ａｒｃｈｇｉｖｅｓｍｕｃｈｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ａｎｄｓｔｍｅｔｎｍａｎｕａｔｏｎｃａｓｔｔｍｅｎｔｏｆｔＩｔｅｒｔｉｎｖｅｎｉｉｐｌｒｉｓｉｒｅｉｎｇｄａｙｂｄａｙ．Ｗｉｈｈｅｄｅｖｅｌｏｈｅｎｎｅｙｐ，＂＂＂＂ＭＣｈｉｎａｒｏｐｏｓｅｄ化ｅｍａｄｅｉｎＣｈｉｎａ２０２５ａｎｄ化ｅＩｎｔｅｒｎｅｔｉｎｄｕｓｔｒ．ｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｒｅｅｐｙ，ｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐ

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