基于stm32的機械臂運動控制分析設(shè)計-wenkub
2023-07-11 09:41:59 本頁面
【正文】 DH參數(shù)連桿變換表示連桿坐標系{i}相對于{i1}的變換，根據(jù)連桿變換的通式: （1）其中：得到各連桿之間的變換矩陣 （2） （3） （4）式中：s1,s2,s3,s4。只有計算與運動學(xué)正逆解問題相關(guān)的變換關(guān)系在盡可能短時間內(nèi)完成，才能達到快速準確的目的。關(guān)鍵詞：四自由度機械臂，STM32，運動模型，脈沖寬度調(diào)制第1章 運動模型建立 言機器人運動學(xué)描述了機器人關(guān)節(jié)與組成機器人的各剛體之間的運動關(guān)系。首先根據(jù)機械臂系統(tǒng)的控制要求，整體上設(shè)計出單 CPU 的系統(tǒng)控制方案，即通過控制主控制器輸出的 PWM 波的占空比實現(xiàn)對舵機轉(zhuǎn)動的控制，進而實現(xiàn)各個關(guān)節(jié)的位置控制。設(shè)計完成上述目標的控制系統(tǒng)，控制器可以自行選擇（單片機，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，輸出信號和人機交互界面，畫出整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（電路模塊，驅(qū)動模塊，控制模塊等）和軟件部分。摘要由于機械臂在各行各業(yè)中得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用，機械臂控制的多樣化、復(fù)雜化的需要也隨之日趨增多。在硬件方面，主要論述了如何以 ARM 微處理器STM32F103ZETMG995舵機為主要器件，通過搭建硬件平臺和設(shè)計軟件控制程序構(gòu)建關(guān)節(jié)運動控制系統(tǒng)。 機器人在工作時，要通過空間中一系列的點組成的三維空間點域，這一系列空間點構(gòu)成了機器人的工作范圍，此工作范圍可通過運動學(xué)正解求得。在運動學(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。c1,c2,cs3,c4分別表示sinθ1,sinθ2,sinθ3,sinθ4。將連桿變換矩陣(2)~(4)相乘，便得到了該機器人手爪的運動學(xué)方程 (5)其中，機器人手爪姿態(tài)方程為機器人手爪的位置方程為為檢驗所得結(jié)果的正確性，取θ1=90176。計算的值。機械臂的結(jié)構(gòu)形式必須基于其運動形式、動作自由度、抓取質(zhì)量、受力情況和其他的因素來確定，整個系統(tǒng)的總質(zhì)量比較大，受力也比較復(fù)雜，其運動部件的質(zhì)量直接影響到機械臂的剛度和強度。為了避免機械臂在運動過程中發(fā)生不必要的相對運動，臂桿最好設(shè)計成方形或是花鍵等形式。機械臂的自由度是一個非常重要的參數(shù)，取決于機械臂的類型及其結(jié)構(gòu)，并且在很大程度上直接決定到機械臂能否完成預(yù)定的任務(wù)。其中機械臂的手臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)四個關(guān)節(jié)以及末端手爪的開合。HeroⅠ、RobotⅠ 等這些時代較早的機器人采用的就是這種單CPU 集中控制方式的結(jié)構(gòu)，但由于在控制的過程中需要進行大量的計算，因此這種控制方式的控制速度一般比較慢。下位的微處理器根據(jù)指令對各關(guān)節(jié)進行運動控制。本課題設(shè)計的機械臂關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)以STM32微處理器為核心，對直流伺服電機（舵機）進行較為精確的運動控制。（2）采用直流伺服電機驅(qū)動機械臂的各個關(guān)節(jié)，根據(jù)STM32微控制器輸出的PWM 控制信號的占空比來確定直流電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，控制起來簡單，準確。該機械臂控制系統(tǒng)由主控制模塊、電機驅(qū)動模塊和電源模塊組成，每個子模塊的功能如下：主控制模塊：作為該控制系統(tǒng)的核心，包括 ARM CortexM3 內(nèi)核和有關(guān)外圍電路，主要負責(zé)完成 PWM 波（控制信號）的輸出。STM32F103ZET6是基于32位ARM CortexM3內(nèi)核的微處理器，不但支持實時仿真，而且嵌入了512KB的高速閃存。因此，在設(shè)計電源時務(wù)必要注意如下幾點：（1）交流輸入和直流輸出盡可能保持更大的距離；（2）地線要足夠粗，單點和多點相結(jié)合，同時分離模擬地和數(shù)字地；（3）散熱要好，布局應(yīng)合適； 電源電路圖如上圖所示。相關(guān)電路如下： 時鐘電路圖 JTAG調(diào)試電路軟件程序的編寫通常是需要多次的修改才適用的，因此一些比較先進的調(diào)試手段便應(yīng)運而生?；谏鲜鲵?qū)動系統(tǒng)的特點和該機械臂驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求，該設(shè)計選用直流伺服電機負責(zé)機械臂各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動。機械臂控制系統(tǒng)采用雙電源供電模式， DCDC 可調(diào)降壓模塊
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