基于stm32的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制分析設(shè)計(jì)(完整版)
【正文】 SysTick定時(shí)器初始化流程圖 TIM定時(shí)器STM32微控制器具備高級(jí)定時(shí)器TIM1和TIM8 2個(gè)，通用定時(shí)器TIMTIMTIM4和TIM5 4個(gè)以及基本定時(shí)器TIM6和TIM7 2個(gè)，再加上 RTC 和 Systick 定時(shí)器，總數(shù)量達(dá)到了10個(gè)。STM32 CPU 的時(shí)鐘源可以來(lái)自內(nèi)部高速振蕩器（HSI）、外部高速振蕩器（HSE）或者內(nèi)部鎖相環(huán)（PLL）。 通常對(duì)機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有：（1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量不應(yīng)太重，效率也應(yīng)較高；（2）響應(yīng)速度快；（3）動(dòng)作靈活，位移偏差以及速度偏差均較??；（4）安全可靠；（5）操作和維護(hù)方便；（6）經(jīng)濟(jì)合理，占地面積要盡可能的小。在硬件電路的設(shè)計(jì)中，電源模塊的設(shè)計(jì)是非常重要的，如果不能妥善處理，不但會(huì)使電路不能正常工作，嚴(yán)重的還可能燒毀電路。（3）系統(tǒng)的穩(wěn)定性和開(kāi)放性。計(jì)算機(jī)通過(guò)JLink仿真器將程序下載至STM32微處理器，向關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)發(fā)出位置指令，STM32根據(jù)指令輸出PWM 波，從而使機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過(guò)指定的角度，進(jìn)而使其按照預(yù)定的軌跡完成搬運(yùn)任務(wù)。（1）單CPU 集中控制方式：?jiǎn)蜟PU 集中控制系統(tǒng)必須是一個(gè)強(qiáng)大的控制系統(tǒng)，它的全部控制功能是用一臺(tái)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械臂的功能及搬運(yùn)工作的任務(wù)的特點(diǎn)以及類型，為了使其在一定程度上具有操作的靈活性和運(yùn)行性能的良好，經(jīng)過(guò)多次的比較、討論后，該設(shè)計(jì)選用多關(guān)節(jié)型的機(jī)械臂，它不僅具有動(dòng)作的角度大的優(yōu)點(diǎn)，還可以使機(jī)械臂在更大的空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。第2章 機(jī)械臂控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)作為機(jī)械臂的一個(gè)重要組成部分，手臂不僅起到支撐被抓物體、手爪和其他關(guān)節(jié)的作用，而且還可以驅(qū)動(dòng)手爪抓取物體，并根據(jù)事先預(yù)定的位置將物體搬運(yùn)到指定地點(diǎn)。 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正解指：在已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量θi(i=1,…,n)的基礎(chǔ)上，求解出機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置矢量p和姿態(tài)矢量n,o,a的過(guò)程。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。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。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。 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。c1,c2,cs3,c4分別表示sinθ1,sinθ2,sinθ3,sinθ4。計(jì)算的值。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。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(kāi)合。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。（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。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。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(xiě)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。機(jī)械臂控制系統(tǒng)采用雙電源供電模式， DCDC 可調(diào)降壓模塊實(shí)現(xiàn)供電。系統(tǒng)初始化時(shí)，RCC通過(guò)AHB時(shí)鐘(HCLK)8分頻后作為Cortex系統(tǒng)定時(shí)器(SysTick)的外部時(shí)鐘。每個(gè)端口又包括16個(gè) GPIO ，都可承受5V的壓降。通過(guò)編寫(xiě)控制程序，使主控制器輸出 PWM 波實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)位置的控制。該設(shè)計(jì)中將PA0、PAPAPAPA6作為 PWM 波的輸出口；PAPA5作為 LED 顯示接口；PAPA8作為超聲波傳感器信號(hào)的接收發(fā)送接口；PBPB7分別作為串口的發(fā)送接收接口（人機(jī)交互）。系統(tǒng)嘀嗒校準(zhǔn)值固定為9000，當(dāng)系統(tǒng)嘀嗒時(shí)鐘設(shè)定為9MHz(HCLK/8的最大值)，產(chǎn)生1ms時(shí)間基準(zhǔn)。采用庫(kù)函數(shù)進(jìn)行編程。它
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