基于stm32的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制分析設(shè)計(jì)-wenkub
2023-07-11 09:41:59 本頁(yè)面
【正文】 DH參數(shù)連桿變換表示連桿坐標(biāo)系{i}相對(duì)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(jì)算與運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解問(wèn)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。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。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(guò)控制主控制器輸出的 PWM 波的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)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。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(hào)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(lái)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。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(guò)搭建硬件平臺(tái)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)。 機(jī)器人在工作時(shí)，要通過(guò)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(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解求得。在運(yùn)動(dòng)學(xué)方程正解過(guò)程中，只體現(xiàn)在矩陣相乘關(guān)系上，相對(duì)簡(jiǎn)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(jī)器人手爪的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 (5)其中，機(jī)器人手爪姿態(tài)方程為機(jī)器人手爪的位置方程為為檢驗(yàn)所得結(jié)果的正確性，取θ1=90176。計(jì)算的值。機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)形式必須基于其運(yùn)動(dòng)形式、動(dòng)作自由度、抓取質(zhì)量、受力情況和其他的因素來(lái)確定，整個(gè)系統(tǒng)的總質(zhì)量比較大，受力也比較復(fù)雜，其運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量直接影響到機(jī)械臂的剛度和強(qiáng)度。為了避免機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生不必要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，臂桿最好設(shè)計(jì)成方形或是花鍵等形式。機(jī)械臂的自由度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，取決于機(jī)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(jī)械臂能否完成預(yù)定的任務(wù)。其中機(jī)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(gè)關(guān)節(jié)以及末端手爪的開合。HeroⅠ、RobotⅠ 等這些時(shí)代較早的機(jī)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(guò)程中需要進(jìn)行大量的計(jì)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(duì)各關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)以STM32微處理器為核心，對(duì)直流伺服電機(jī)（舵機(jī)）進(jìn)行較為精確的運(yùn)動(dòng)控制。（2）采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)，根據(jù)STM32微控制器輸出的PWM 控制信號(hào)的占空比來(lái)確定直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，控制起來(lái)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確。該機(jī)械臂控制系統(tǒng)由主控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊組成，每個(gè)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(fù)責(zé)完成 PWM 波（控制信號(hào)）的輸出。STM32F103ZET6是基于32位ARM CortexM3內(nèi)核的微處理器，不但支持實(shí)時(shí)仿真，而且嵌入了512KB的高速閃存。因此，在設(shè)計(jì)電源時(shí)務(wù)必要注意如下幾點(diǎn)：（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(diǎn)和多點(diǎn)相結(jié)合，同時(shí)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(shí)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(jìn)的調(diào)試手段便應(yīng)運(yùn)而生?；谏鲜鲵?qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和該機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)選用直流伺服電機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。機(jī)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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