基于stm32的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制分析設(shè)計(jì)(已修改)
2025-07-08 09:41 本頁面
【正文】 機(jī)器人測控課程設(shè)計(jì)機(jī)器人測控技術(shù)大作業(yè)課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)名稱：基于STM32的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制分析設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級 ： 自動(dòng)1302 學(xué) 生 姓 名 ： 張鵬濤 學(xué) 號 ： 201323020219 指 導(dǎo) 教 師 ： 曹毅 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 2016428～2016516 指導(dǎo)教師意見：成績:簽名： 年 月 日目錄摘要 1第一章 運(yùn)動(dòng)模型建立 2 言 2 2 4第二章 機(jī)械臂控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 5 5 5 6 6 6 7 7第三章 機(jī)械臂控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 8 9 9 9 10 10 JTAG調(diào)試電路 11 12 13第四章 機(jī)械臂控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 14 14 SysTick定時(shí)器 15 TIM定時(shí)器 16 17 17總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 20附錄A 21附錄B 22I設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)一個(gè)兩連桿機(jī)械臂，具體參數(shù)自行設(shè)計(jì)，建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，然后在此基礎(chǔ)上完成該機(jī)械臂兩點(diǎn)間的路徑規(guī)劃，并給出仿真結(jié)果。設(shè)計(jì)完成上述目標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制器可以自行選擇（單片機(jī)，ARM，DSP，PLC等），其他硬件部分根據(jù)系統(tǒng)所需要完成的功能自行選擇，基本要求要體現(xiàn)系統(tǒng)的輸入，輸出信號和人機(jī)交互界面，畫出整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（電路模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，控制模塊等）和軟件部分。摘要由于機(jī)械臂在各行各業(yè)中得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用，機(jī)械臂控制的多樣化、復(fù)雜化的需要也隨之日趨增多。作為當(dāng)今科技領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)，提高機(jī)械臂的控制精度、穩(wěn)定性、操作靈活性對于提高其應(yīng)用水平有著十分重要的意義。 經(jīng)過仔細(xì)的分析和研究之后，我選擇的是STM32單片機(jī)進(jìn)行控制，而自由臂選擇工業(yè)中常見的四自由臂進(jìn)行設(shè)計(jì)和建模分析，運(yùn)動(dòng)的控制選用舵機(jī)進(jìn)行控制。首先根據(jù)機(jī)械臂系統(tǒng)的控制要求，整體上設(shè)計(jì)出單 CPU 的系統(tǒng)控制方案，即通過控制主控制器輸出的 PWM 波的占空比實(shí)現(xiàn)對舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各個(gè)關(guān)節(jié)的位置控制。在硬件方面，主要論述了如何以 ARM 微處理器STM32F103ZETMG995舵機(jī)為主要器件，通過搭建硬件平臺和設(shè)計(jì)軟件控制程序構(gòu)建關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。然后按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的思想，依次對以上各部分的原理和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析和探討，給出了實(shí)際的原理圖和電路圖。在軟件設(shè)計(jì)方面，按照模塊化的設(shè)計(jì)思想將控制程序分為初始化模塊和運(yùn)行模塊，并分別對各個(gè)模塊的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：四自由度機(jī)械臂，STM32，運(yùn)動(dòng)模型，脈沖寬度調(diào)制第1章 運(yùn)動(dòng)模型建立 言機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)描述了機(jī)器人關(guān)節(jié)與組成機(jī)器人的各剛體之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 機(jī)器人在工作時(shí)，要通過空間中一系列的點(diǎn)組成的三維空間點(diǎn)域，這一系列空間點(diǎn)構(gòu)成了機(jī)器人的工作范圍，此工作范圍可通過運(yùn)動(dòng)學(xué)正解求得。此外，根據(jù)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)要求，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求得各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、離線編程、軌跡規(guī)劃等工作。機(jī)器人控制的目的就在于它能快速確定位置，這使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解問題變得更為重要。只有計(jì)算與運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解問題相關(guān)的變換關(guān)系在盡可能短時(shí)間內(nèi)完成，才能達(dá)到快速準(zhǔn)確的目的。在運(yùn)動(dòng)學(xué)方程正解過程中，只體現(xiàn)在矩陣相乘關(guān)系上，相對簡單。本文所研究的機(jī)器人由四個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和四個(gè)連桿組成，故為四自由度機(jī)器人。用齊次坐標(biāo)來描述機(jī)器人各連桿相對于參考坐標(biāo)系的空間幾何關(guān)系；用44的齊次變換矩陣來描述相鄰兩桿的空間幾何關(guān)系；從而推導(dǎo)出機(jī)器人手爪坐標(biāo)系相對于參考坐標(biāo)系的空間位姿關(guān)系，利用該法得到的D
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