用于研磨送料的机械臂设计及控制系统研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文用于研磨送料的机械臂设计及控制系统研究硕士研究生：臧誉淇指导教师：朱齐丹教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：陆军教授哈尔滨工程大学２０１７年２月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文用于研磨送料的机械臂设计及控制系统研究硕士研究生：臧誉淇指导教师：朱齐丹教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:A

2、DissertationfortheDegreeofM.EngResearchontheDesignandControlSystemoftheMechanicalarmforGrindingMaterialsCandidate:ZangYuqiSupervisor:Prof.ZhuQidanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlTheoryandEngineeringDateofSubmission:Dec,2017DateofOralExamination:Ma

3、r,2018University:HarbinEngineeringUniversity用于研磨送料的机械臂设计及控制系统研究摘要在现代许多研磨生产中，为了有效提高研磨加工生产效率的方面，自动化生产至关重要，而其中一个重要的领域是结合机械臂完成送料研磨任务。一方面能够大幅提高生产效率，另一面能够降低工人的劳动强度。用于研磨的多关节机械臂可由计算机远程通过程序控制完成送料的任务。因此本文基于此设计了一款七自由度机械臂，其主要研究内容如下：首先，根据研磨机参数给出研磨机械臂的总体设计指标。然后对研磨机械臂关节进行设计，包括关节整体结构设计，器材选型，

4、连接杆设计。机械臂在结构设计上采用模块化设计思想，各关节相互独立并具有相似结构。利用Solidworks完成研磨机械臂集成设计，并完成实体组装。其次，在确定研磨机械臂的构型与方案后对运动学进行求解。根据D-H参数建模方法，推导机械臂正运动学模型。逆运动学求解采用手臂平面法求出目标位姿下的关节角度。通过蒙特卡洛法完成其可达空间分析并确定机械臂的工作空间。采用PVT算法对研磨机械臂轨迹规划算法进行设计，并在笛卡尔空间下通过空间直线插补方法实现，利用上位机控制台对机械臂运动路径进行验证。然后，进行研磨机械臂控制系统的设计。采用CANopen协议进行分布

5、式控制机械臂各电机，通过上位机发送控制指令，实现机械臂的多轴实时控制。基于PC机开发上位机交互操作界面，为控制机械臂提供界面入口。然后对电机位置伺服控制设计了三闭环的控制方法，通过数据分析表明具有良好的控制效果。最后，基于Ros搭建了研磨机械臂仿真平台。并控制研磨机械臂实现了送水的运动指令规划。对单关节控制性能进行验证，对其中一个关节进行了基本性能的测试和点到点的测试。关节的基本性能测试包含关节的速度测试和关节的位置误差测试，点到点测试时通过给定起始位置和目标位置，指定电机的加速度、加速度、速度，使关节在规定时间内完成点到点的运动过程。关键词：七

6、自由度机械臂；运动学；轨迹规划；ROS用于研磨送料的机械臂设计及控制系统研究AbstractInmanymodernindustries,withthecontinuousimprovementofproductionautomation,manipulatorappearsmoreandmoreinindustrialproduction,thesidecangreatlyimprovetheproductionefficiency,ontheothersidecanreducethelaborintensityofpeople.Thehand

7、lingmanipulatorisadevicethatsimulatestheautomaticgraspingofmaterialsandmovingmaterialsunderthecontroloftheprogram.Thecomprehensivepromotionanduseofautomatedassemblylineisconducivetoimprovingtheworkingconditionsofworkersandgreatlyimprovingproductionefficiencyandquality.Therefo

8、re,thispaperdesignsaseven-degree-of-freedommanipulator,whosemainrese