机械臂远程控制的设计与实现

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1、毕业设计机械臂远程控制的设计与实现DesignandRealizationofRemoteControlofManipulator专业：自动化摘要由于当下人工捕捞海参存在成本高、危险性高、人员短缺等问题，用机械臂去代替人捕捞海参已成为必然的趋势。而目前工业用的机械臂大都属于第一代机械臂，即人工开环控制下的机械臂，且大多数机械臂只能完成单一重复性的工作。由于海底捕捞环境复杂、海参位置不固定、机械臂防水程度不够、抓取操作复杂等因素，第一代机械臂不能直接用于捕捞海参。为了满足水下捕捞作业的需求，需要对现有机

2、械臂从结构、控制算法到控制系统进行改进。本文基于6自由度机械手臂（乐幻索尔科技）和7自由度机械手臂，设计此类机械臂控制算法并加以验证和扩展。为了实现机械臂的远程控制和日后的二次开发，采用了美国国家仪器开发的LabVIEW，利用其庞大的函数库和便捷的用户界面编写的特性，搭建了6自由度机械手臂和7自由度机械手臂的远程人工控制系统，加入网络摄像头用于实时画面传输，加入手柄来对机械臂控制进行操作，通过网络传输信号实现了远程控制，使操作人员在远处通过实时画面来控制机械臂简洁迅速的抓取某一物体。本文创新之处在于机

3、械臂控制算法。现有的由舵机旋转控制运动的机械臂大多以单舵机控制为主，即机械臂上所由舵机被分别控制，操作复杂费时。本文设计了6自由度机械手臂和7自由度机械手臂的简化控制、机械臂末端定点控制和机械臂末端平动控制的算法并加以归纳和验证。其中机械臂末端定点控制算法，参考机械臂逆运动学的理念，摆脱传统的矩阵逆乘解析法等计算复杂的算法，从空间几何的角度进行设计的。先单独计算控制机械臂底盘旋转舵机，这样将机械臂控制的空间问题转化为平面问题，再用多边形与机械臂姿态对应，在已知目标点的情况下，加入合理的约束条件，求出多

4、边形的各个角度，即机械臂各个关节对应的舵机旋转角度，从而实现了机械臂末端定点控制。在机械臂末端定点控制算法的基础上，实现了机械臂末端平动控制算法，使此类机械臂人工控制更加直观简洁。通过实验验证，6自由度机械臂和7自由度机械臂的控制算法可以满足控制需求。使用LabVIEW编写6自由度机械臂和7自由度机械臂的远程人工控制系统已基本完成，随着手柄和网络摄像头的加入，已经能够实现操作人员实时依据返回机械臂工作环境的画面，使用手柄远程控制机械臂对给定目标进行抓取。关键词：机械臂控制；机械臂逆运动学；远程控制-I

5、-DesignandRealizationofRemoteControlofManipulatorAbstractDuetothehighcost,highriskandshortageofartificialseacucumber,itisaninevitabletrendtouseroboticarminsteadofseacucumber.Thecurrentindustrialrobotsaremostlythefirstgenerationofroboticarm,thatis,artifi

6、cialringunderthecontrolofthearm,andmostofthearminthecompletionofasinglerepetitivework.Duetothecomplexityoftheseabedfishingenvironment,thelocationoftheseacucumberisnotfixed,thearmarmisnotenoughwaterlevel,thecrawlingoperationiscomplicatedandsoon.Thefirstg

7、enerationmanipulatorcannotbedirectlyusedforartificialseacucumber.Inordertomeettheneedsofunderwaterfishingoperations,theneedforexistingrobotsfromthestructure,controlalgorithmstocontrolthesystemtotransform.Basedon6-DOFroboticarmand7-DOFmanipulator,thisalg

8、orithmisdesignedandvalidatedandexpanded.Inordertoachievetheremotecontroloftherobotandthefutureofthesecondarydevelopment,theuseoftheUnitedStatesNationalInstrumentsdevelopedLabVIEW,theuseofitshugelibraryandconvenientuserinterfaceto