毕业论文设计基于matlab的机器人柔性手臂控制系统设计.doc

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1、太原工业学院毕业设计诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于MATLAB的机器人柔性手臂控制系统设计 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 112012231 学生： 指导教师（含职称）： （导师） 1课题意义及目标 通过这次毕业设计，综合运用有关于柔性手臂的有关知识，深入了解动力学，建立 一个精确的模型来完成毕业设计，为今后从事的类似的工作打下一个基础。2主要任务 1）柔性手臂的设计； 2）运动模型建立； 3）基于MATLAB程序设计的运动仿

2、真3主要参考资料 1陈东良,张群,王立权,左勇胜 .一种手臂型机器人的设计与实现C 2高常青.基于MATLAB的盘形凸轮设计与运动仿真C 3任 辉. 基于MATLAB 的联轴传动机构的虚拟设计与运动仿真 C4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1毕业设计选题及开题答辩；3月3日3月23日2参考资料确定柔性手臂方案；3月24日4月13日3毕业设计中期准备；4月14日5月4日4结构设计及论文撰写；5月5日6月1日5完成毕业论文及答辩工作；6月2日6月22日审核人： 年 月 日43太原工业学院毕业设计基于MATLAB的机器人柔性手臂控制系统设计摘 要：本设计主要讲了机器人柔性手臂及控制系统的设计。本

3、设计的第一部分提出了自由度设置、机械设计和控制系统设计等三个研究要点。第二部分包含机器人柔性手臂的结构设计。第三部分包含本项目中的传感器和动力源。第四部分设计机器人柔性手臂的控制系统方案，建立硬件系统，确定系统的软件结构，编写了其控制程序。最后，本文提出了一些有待改进之处，附带些许解决意见。关键词：机器人柔性手臂，控制系统 Robot flexible arm control system based on MATLABAbstract：This design mainly talks about the design of robot flexible arm and control sys

4、tem. In the first part of the design, the freedom setting, mechanical design and design of the control system are three main points of the research.The structure design of robot flexible arm is included in the second part.The third part contains the sensor and power source for this project.In the fo

5、urth part, the design of the robot flexible arm is designed, the hardware system is built, the software structure is determined, and the program is written.In the end, the paper puts forward some improvements to be improved, with some suggestions to solve the problems.Keywords: robot flexible arm, c

6、ontrol system目 录1 绪论.11.1 机器人的发展过程.11.2 拟人机器人的发展概况.11.3 研究要点.22 柔性手臂总体结构设计.22.1 柔性手臂设计原则.22.2 总体结构设计.42.2.1 机器人柔性手臂自由度确定和关节设置.42.2.2 机器人的手臂结构设计.43 动力源及传感器.53.1 动力源概述.53.2 动力源的选用.63.3 舵机及其控制原理.63.3.1 舵机的内部结构73.3.2 舵机的工作原理73.3.3 舵机的控制83.3.4 舵机的运动速度83.4 直流无刷电机和控制原理.83.4.1 直流无刷电机介绍 .93.4.2 直流无刷电机工作原理.10

7、3.5 传感器.104.1 控制方案概述.114.2 手臂硬件需求分析.114.3 控制系统结构.124.4 CPU板设计134.4.1 控制板设计.134.5 电机驱动板设计145.1 软件控制功能概述.165.2 主程序设计.165.2.1 主程序流程.165.2.2 初始化程序.175.2.3 任务处理循环.175.3 任务子程序设计.185.3.1 任务常数表.185.3.2 任务子程序泣程.185.4 目标点控制子程序.205.4.1 Motor常数表.205.4.2 目标点控制流程.205.5 关节归零子程序.215.6 其它子程序.236 总结.25参考文献.28致 谢.35第一

8、章绪论1.1 机器人的发展过程现代机器人从二十世纪中期开始研究，他是在计算机技术和自动化技术发展起来的。1948年阿贡实验室生产了第一代的遥控机械。1968年，日本崎重工引进了机器人制造技术，开启了日本的机器人时代。经过近十年的努力，开发了具有点焊、弧焊功能的简易经济型机器人，开始把机器人应用到汽车工业、机械制造业、铸造工业等，形成了一定规模的机器人产业。更多的机器人商品出现是在二十世纪八十年代，首先是在工业发达国家的工业生产中得到应用。1980年，大约有3万台机器人在工业中得到了应用。进入20世纪90年代后，机器人技术进入了大发展时期。到2000年，服役的机器人大约有100万余台。70年代末

9、我国的机器人技术开始起步，掌握了机器人简单技术后，生产了部分机器人关键元器件。但是此时我国的机器人技术及其应用的水平和国外相比有很大的距离。直到现在，我国的机器人技术开始取得成果。中国工程院院长宋健曾说：“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就。1.2拟人机器人的发展概况拟人机器人的研发始于21世纪60年代，只有四十多年的历史，却有着飞跃式的发展。 1968年，美国的RSmosher研制了双足步行机器人后，开始了拟人机器人研制的新篇章。本田公司在2000年推出了新型双脚步行机器人，与“P3”相比，更加的小巧轻便，能够更容易的接近人类的生活方式。2003年12月18日，日本索尼公

10、司研制的又一款会跑的人形机器人。使得拟人机器人的研制上升了一个更高的水平，让拟人机器人更加的实用化，工程化和市场化。世界许多国家的研究机构推出的新的研究计划雨后春笋般冒出，推动了拟人机器人的大发展。在国内，许多高等院校也开始了机器人的研制。但是所有的事物都不可能十全十美，其机构复杂，功率重量比低，难以实现灵巧运动及高速动态姿态是需要解决的问题。1.3研究要点1)机器人柔性手臂自由度确定肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节和手等各部分组成了人类的手臂，相同的是，拟人机器人手臂也是由这些部分组成。手臂的自由度数量与机器人舞蹈动作的性能之间的关系非常密切。自由度过少，机器人动作无法完成。自由度过多，机

11、器人的体积过大、重量增加、结构更加的复杂，增大了控制工作量，接口需求和控制难度也相应的会增大不少，控制系统的硬件和软件都复杂化。此外，自由度过多也会让机器人手臂的路径规划更加难以实现。所以合适的自由度非常重要。2)控制系统单片机控制系统元器件容易获得，成本不高，容易实现，且还有成熟的控制方案，是最合适的选择。在硬件系统建立后，选择控制系统的软件体系结构，采用合适的编程语言完成。第二章机器人手臂总体结构设计2.1机器人柔性手臂设计原则项目中手臂能实现各种不同的简单动作，要求成本低廉，功能简单，故在保证性能的情况下，我们采用低廉的材料和元器件。综合而言我们有以下数条设计原则：1)经济性：在保证性能

12、的前提下采用简单的方案，使用低廉的材料和元器件：2)可靠性：机器人的工作环境一般而言比较恶略，因此对机器人控制系统质量很重要。3)易维护性；机械上采用模块化设计方法，减少零部件种类。4)强壮性：机器人的手臂都是由各个关节链接起来的，应有较好的刚性，较小的传动间隙，不会导致重大的机械变形，各种接插件也不能松动、脱落。2.2总体结构设计2.2.1机器人手臂自由度确定和关节设置手臂自由度的多少决定了机器人的潜力。自由度设置过少，机器人的动作就会太过僵硬甚至难以实现。所以关节自由度数目不能太少，但应该在能够满足基本动作的前提下，尽可能的去减少关节自由度，所以关节自由度应该适当确定。设人体所在的坐标系的

13、x轴指向人的正前方向，y轴指向左侧方向，z轴垂直向上。 图21机器人手臂关节自由度示意图图2一I是机器人手臂关节自由度示意图，肩部有2个自由度，绕x轴转动，让手臂可以向外侧抬起，绕y轴转动，让手臂可以前后摆动。肘部有2个自由度，绕y轴转动的自由度，使下臂能相对上臂运动，绕Z轴转动，使上下手臂可以相对转动。腕部自由度，可以使其左右摆动。这是在不影响其性能的前提下最为合适的方案。2.2.2机器人的手臂结构设计本设计中关节采用转动副。每只手都有5个自由度。每个关节都用一组齿轮减速，齿轮减速比为l：2，。每个关节旋转的最大角度范围角度值如下：自由度1：往前上摆一150，往后下摆0一30。自由度2：侧举

14、0一90自由度3：相对转动45自由度4：小臂抬举0一90自由度5：左右摆动范围45（均以手臂自由垂直时的状态为基准）第三章动力源及传感器3.1动力源概述对动力源的控制是运动控制最有效的控制方式，最常见的动力源是电机，因此，选择通过对电机的控制来完成对运动的控制。电系统的执行元件则选择电机。步进电机的旋转是以固定的角度(步距角)按给定的脉冲运行，便于实现计算机控制。步进电机的角位移量与输入脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。这些关系是固定的。所以步进电机可以精确控制位置和速度。对电机的控制分为简单控制和复杂控制两种。简单控制是对电机进行启动、制动、正反转控制和顺序控制。复杂控制是指对电机的转速、

15、转角等物理量进行控制。电机的控制技术在近二十多年内发生了巨大的改变正是得力于微电子技术、电力电子技术等项目的成就。3.2动力源的选用在运动控制过程中将要考虑到很多因素，涉及到计算过程相当繁琐的动力学方面的知识，而且对电机本身，对电机制动系统，对电机驱动系统及控制系统的要求特别严格。综合考虑，我们选定关节运动的速度为7一10转分钟，选择配减速比为1100的电机减速器，配合1：2的齿轮减速，驱动关节自由度1、2。选配减速比为1150的减速器，配合l：2的齿轮减速，驱动关节自由度3、4。综合而言，我们决定采用小型的直流电动机驱动关节自由度1、2、3、4。首先选择电机，具体参数如表3-1： 表3一l直

16、流无刷减速电机参数表其中45ZWN24-13电机(图3-I)配合使用联谊电机公司“6”系列减速器60JB，可以达到低转速大转矩输出要求。 图3一l 45ZWN24-13型减速电机35ZWN电机配备减速比为1150的J5系列减速器。 图3-2 FUTABA$3802对于关节自由度5，采用FUTABA$3802鸵机(见图3-2)。以下是s3802的参数，尺寸440X230430mm，工作速度是056sec60，重量是72g，力矩为llkgcm。3.3舵机及其控制原理3.3.1舵机的内部结构 图3-3舵机内部结构图直流马达、一块电子控制、一组变速齿轮组及一个反馈可调电位计组成成舵机，如图33。3.3

17、2舵机的工作原理舵机的典型闭环反馈原理如图3-4所示。 图34舵机的工作原理3.3.3舵机的控制标准的舵机的控制线有控制线、地线和电源线。电源线与地线提供电源。而舵机在重负载时会拉低放大器的电压，所以电源的供应必须合理。表3-2给出了舵机的输出臂位置与一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度的关系。3.3.4舵机的运动速度舵机内部的直流马达以及变速齿轮组的瞬时运动速度的，且电压驱动需要恒定的条件下，其数值的唯一性。其平均运动速度通过分段停顿的方式来控制。对于绝大多数舵机而言，“度数秒”是决定速度的单位。 表32周期性脉冲的正脉冲宽度与舵机的输出臂位置的对应关系3.4直流无刷电机及其控制原理3

18、4.1直流无刷电机介绍无刷直流电机的诸多优点使其得以成为研究的热点。无刷直流电机是本论文中手臂上所使用的。3.4.2直流无刷电机工作原理无刷直流电机可以在电机内部产生磁场，转子和定子的相对位置会发生变化。若轮流使不同的2相绕组导电，会使电动机转动。给与电击不同的通电顺序可以产生不同的转动方向。直流电机以直流电供电，直流电电压可以控制电机转速。电机两端的电压大小决定磁场大小，磁场越大，转子转矩也越大。改变电机直流电压的大小从而控制转速。 图3-5无刷直流电机构成3.5无刷直流电机的一般构成电机内的霍尔元件给出换向信号，霍尔信号和转子的位置是对应的，因此到霍尔信号发生变化时，即可控制电机换向。对

19、于我们的机器人柔性手臂，综合考虑只采用一个位置反馈环进行控制。 图3-6位置反馈原理图3.5传感器1)编码器采用反馈闭环控制方式，对手部各个关节进行比较精确的位置控制，反馈元件采用编码器。按工作原理编码器分为光学和磁性编码器，相对而言磁性编码器的可靠性更高。按输出信号分为绝对式和增量式编码器，绝对式编码器能够记录关节的绝对位置，但是结构复杂、价格也更高；增量式编码器只能提供相对位移量，结构简单、价格低廉。 图36正交编码脉冲和编码方向选则欧姆龙E6A2一CWSC型，电源电压12-24VDC，开路集电极输出30VDC 30mA，2相，200PR。2)零位开关必须给关节装上零位开关，使机器人手臂能

20、够使用增量式编码器的关节回到自己的零位，供机器人归零动作(回到初始位置)使用。此处最合适的选则是光学传感器。第四章控制系统硬件设计控制系统接收到上位机的输入命令后，对命令进行识别，然后执行相应的动作，也就是控制各个关节实现其预期的关节轨迹，从而形成连贯的动作。对于本机器人项目，最合适的方案是采用易于实现、成本不高的单片机系统来搭建控制平台。控制系统的硬件平台由单片机控制板和电机驱动板组成。必须先确定控制系统的总体方案，在进行硬件电路的具体设计之前。4.1控制方案概述计算机控制系统决定着控制性能的优劣与否。机器人计算机控制系统有：集中控制、主从控制和分布式控制三种。集中控制方式由一台功能较强的计

21、算机实现全部控制功能。 主从控制方式即二级CPU结构，主机是一级CPU，它的运算能力完成坐标变换、轨迹插补，地把结果送到公用内存，供二级CPU完成控制。这类系统的两个CPU总线之间通过公用内存交换数据。分级控制方式，即多CPU结构。上位机负责整个系统管理以及运动学计算、轨迹规划等。下位机由多CPU控制一个关节运动。目前，大多数商品都采用这种结构。本项目选择了单CPU结构的集中控制方式作为机器人的控制方式。图4-I控制系统结构框图4.2手臂硬件需求分析考虑总体控制方案时，要明确系统的所有输入和输出情况，选择合适的控制结构和单片机。机器人手臂动力采用两相直流电机，关节位置反馈的位置编码器采用编码器

22、实现。柔性手臂上有三个关节：肩关节、肘关节、腕关节。关节及电机分布见图4-2。柔性手臂部电路设计尽可能减小电路板的面积，降低空间布线难度。图4-2关节及电机分布图4.3控制系统结构机器人柔性手臂控制系统由外部输入、电机驱动、并口扩展等单元电路构成。外部输入发出的命令给单片机，从数据表格中取出关节目标数据，实现命令规定的动作。电机控制反馈信号由关节轴上的编码器取得关节的位置送入单片机AD转换接口。 图43机器人手臂控制系统4.4 CPU板设计PICl6C7X采用是14位的RISC指令系统，低价，而且由于其诸多优点在各种电子产品中应用非常广泛。PICl6C7X单片机有开发容易，周期短，指令少，易学

23、易用的特点。PIC系列中的PICl6F76型芯片，可以方便地在线多次编程调试，这种是他们的一种优势，尤其适用于学生、初学者使用，而且开发装置价廉物美。442控制板设计 图4-4控制板框图1)电机驱动口每台电机需两根输出线控制，PICl6F76的PBl2和Pc门控制电机，从rA口和PBE输出后的电机控制信号接到功放驱动板上，功率放大后驱动电机。2)AD输入和转换编码器将关节角度值反馈为电压值，经单片机的AN2口，转换为数字量。 3)上位机输入 图45与上位机通讯连线图控制电路板上时钟信号产生电路、复位电路等，见图46。 图46时钟、复位、滤波电路4.5电机驱动板设计 图47直流无刷电机驱动原理图

24、经由位置检测器送来的信号送入MC33035，经芯片内部译码电路结合控制逻辑信号状态，运算后，产生原始控制信号，实现了简单的电机转速的闭环控制。第五章控制系统软件设计5.1软件控制功能概述机器人柔性手臂的关节数比较多，其数学模型是一个非线性模型。我们只需开发一个简单的机器人柔性手臂控制系统，所以简化的控制方法才是我们的首选。软件采用汇编语言实现。5.2主程序流程5.2.1主程序设计主程序接收上位机输入命令，实现电机控制。定期进行关节归零工作，保证关节处于正确的初始位置。柔性手臂的任何动作都可以看作关节的定位，关节定则要控制其速度和位置。在主程序的前面，设置中断向量表。控制系统用到的中断有外部、串

25、口和软件中断。中断服务程序可置于地址空间的任意位置，但起始地址要放在相应的中断向量单元。程序的最前端，将专用寄存器定义为符号，程序中的变量和常量以符号表示。图5一l是主程序流程图。 图51主程序流程图5.2.2初始化程序初始化程序完成堆栈指针设置、串口通讯、中断设置以及通用寄存器清零等。将堆栈指针值设置为通用寄存器顶端附近的地址。通用寄存器清零时，映射电机控制输出端口的寄存器态也需重置，使其保持与端口的输出状态的一致性。完事了调用关节归零子程序，让关节位置回复到零位状态。5.2.3任务处理循环上位机输入命令引起中断后在其外部中断服务程序里，获得新的任务代码，新任务标志位设置为1。将任务代码与定

26、义好的任务常数比较，相符则调用相应的任务子程序。任务子程序执行完成后返回检查新任务处，形成一个大的循环。 图5_2任务处理循环流程圉5.3任务子程序设计5.3.1任务常数表机器人柔性手臂执行的不同动作任务里，通过一步或者多步完成，每一步又可以分为多个阶段，每个阶段按一定的时间间隔分成若干个目标点。不断地使关节达下一个目标点构成了关节轨迹从而产生了机器人柔性手臂的动作。侧向运动为一个阶段，只有侧向关节的位置需调整；前向运动为另一个阶段，此时前向关节的位置需要调整。任务常数表的结构如下：鼓掌：阶段数关节数关节控制标志目标点数；阶段一关节1位置关节2位置 ；目标点关节l位置关节2位置 ；目标点关节数

27、关节控制标志目标点数；阶段二关节l位置关节2位置 ；目标点关节数关节控制标志目标点数；阶段N 关节1位置关节2位置 ；目标点敬礼：阶段数 . . . . 5.3.2任务子程序泣程任务子程序有鼓掌子程序、握手子程序、敬礼子程序等。程序中设置一个指针变量，动作y子程序将此变量指向任务常数表中对应的步数据头部。从表中取出阶段数，不断调用阶段控制子程序。阶段控制子程序从表中取出关节信息和目标点数信息，不断调用目标点控制子程序，直到所有目标点执行完毕，阶段控制子程序返回。当所有阶段执行完毕，动作Y子程序返回。 图5-3某种舞蹈子程序 图5-4舞步Y子程序 图55阶段控制子程序5.4目标点控制子程序5.4

28、1 Motor常数表因为对于每个目标点，仅有某几个电机需要控制。为了对电机进行区分，我们设置一个电机控制标志字Motorstand_Ils，这个标志字的后8位各对应一台电机(关节)。Motorstatus标志字的值由任务数据表中获得，当某一位为0时，表示对应的电机不需控制，为1时表示对应的电机有控制任务。对于同一个阶段内各个目标点来说，Mom融tus的值是不变的。系统中，每个关节电机指定一个输出端口中的两位用于控制，反馈信号指定一个计数器通道或D通道输入。因不能通过反向读取获得输出端口的状态，故必须记录下输出端口的输出值。为每个输出端口设置一个端口状态映象，其值与端口的输出值始终保持一致。每

29、个关节的反馈信号由编码器采集，分别通过计数器或AD通道输入单片机。每个关节都：阿对应的计数器控制地址、数据地址、复位控制字和读控制字。当计数器需要复位时，将复位控制字写入控制地址，并向数据地址写入初始计数值。读数时，将读控制字写入控制地址，计数器进行闩锁操作将当前计数值存入内部寄存器里。程序从寄存器数据地址读出当前计数值即可。上述各个关节对应的控制端口地址、端口状态映象地址、计数器控制地址、计数器数据地址、计数器复位控制字、计数器读控制字和AD通道控制字、关节初始位置值等，组成关节常数表，放置在程序的代码常数区，程序运行时通过指向关节常数表的指针即可获得相关数据。程序中还设置了一些控制变量。为

30、记录电机运动的方向，软件中设置了一个方向标志字Directstatus，每一位对应一台电机，置l则表示正向转动，反之则表示反向转动。5.4.2目标点控制流程目标点控制二子程序控制关节到达目标点规定的位置，基本流程为依次将所需控制的目标位置和实际位置进行比较，从而决定电机运动方向并起动电机，然后定时查询关节位置是否己到达，若到达则停电机。当所有目标关节都已到位后，则返回。首先，程序初始化一些相关变量，将电机指针指向第一台电机。程序依次检查电机控制标志字的各位。当位值为0时，表示此电机无任务，将指针指向下一台电机。当位值：勾1时，表示有控制任务。此时取出关节的期望位置(即目标位置值)，与关节实际位

31、置进行比较。若差值在允许位置误差范围之内，则认为关节已经处在目标位置，不需调整。若差值超出误差范围，则需要对关节位置进行调整。取出此关：宵的相关参数，复位相关的计数器，并设置其计数初值为0。根据差值的正负决定并记录电机转动的方向，然后起动电机。如此处理完所有电机，设置15ms软件定时器l，查询时间到标志位清零，然后不断检查标志位。当标志位被置位(在软件定时中断子程序中)后，程序进入下面的定时位置查询阶段。在定时位置查询阶段，每2ms检查一次所有已起动电机的关节位置。首先检查是否所有电机已停。若是，则返回阶段控制子程序。否则，依次检查各末停电机对应的关节实际位援。将关节实际位置与期望位置进行比较

32、当差值仍没有在误差范围之内时，说明关节还没有到达目标位置，不再继续处理，转下一台电机查询。否则，说明已经到达目标位置。停止电机后，再一次查询关节实际位置，加以保存。_并清除相应的电机控制标志映象位，以免在下蕊的查询中再次检查此关节。当所有电机都已检查完，清除查询时间到标志位，设置2ms软件定时器1，等待下一次查询。当所有电机已停，即所有关节都已到位，目标点控制子程序结束并退出。 图56目标点控制子程序5.5关节归零子程序关节归零子程序依次对每个关节进行控制，将其归复到零位(即站立状态的位置)，每完成一个关节后再处理下一个关节。归零过程，首先调用AD转换子程序，得到关节实际位置。将实际位置与零

33、位进行比较，若差值在允许位置误差范围之内，则认为关节已在零位。若差值比较大，则根据差值的正负决定电机的运转方向，并起动电机。然后循环调用AD转换子程序，取得关节实际位置，与零位进行比较。直到差值在允许误差范围之内，停止电机。继续处理下一个关节。关节附带有零位开关，当零位开关没有合上时，接到零位输入口的对应位为低电平：当关节到达零位，零位开关合上时，对应的位为高电平。通过定时查询零位开关输入口=就可以知道零位开关的状态。程序中，首先检查一下零位输入口的状态若相应位值为1，表示关节己在零位，转下一个关节。若不为1，每延时5ms(因电机有滞后效应，第一次延时15ms)后检查一下零位输入口的状态。若相

34、应位值为l，表示关节已到零位，停电机，转下一个关节。若没有到位，则读计数器，并将当前值与上一次读到的值相比较。若两次的值没有交化或变化太小，表示电机堵转，关节己到最大角度，此时应改变驱动方向，使关节朝反方向转动，最终到达零位。5.6其它子程序1)定时器中断子程序软件定时器中断子程序很简单，首先判断是否为定时器l中断，若是则将查询时间到标志位置l，然后退出。2)串口中断子程序串口中断子查询首先读串口状态寄存器，直到标志被清除，然后读串口。判断接收到的数据是否为桴s1AR=rE，若是，允许启动标志位置1，返回；否则表示来了新任务，保存新任务代码并将新任务标志置1，返回。3)AD转换子程序AYD转换

35、子程序将带有通道号信息的命令字装入命令寄存器，从而立即启动AD转换，然后测试转换是否完成。当转换完成后，读结果寄存器，将数据逻辑右移6位后得到真正的结果值。接着再进行一次同样的AD转换，取两次的平均值为最终值，保存后返回。 图57关节归零子程序 图5-8串口中断子程序第六章总结本文是作者：从收集查阅各种相关资料等开始，到初步方案的比较和确定，然后再对机器人手臂的机械结构、硬件电路及控制软件等几方面进行了详细的设计和实现，现整个机器人手臂系统已经投入使用，实践证明已经达到了预先的要求。本文的主要研究内容如下：1)机器人柔性手臂总体方案的比较和优选。在项目开始时，因为对方提出的要求不使很明确，所以

36、我们在很多种方案之间犹豫，徘徊。我们开始是在机器人手臂的串联方案与并联方案之间论证。后来又在自由度树目的确定上讨论和分析。经过多方面的比较和考虑，我们最终选定的是5自由度串联机械手这个方案。2)完成了机器人柔性手臂的整体结构设计。机器人柔性手臂的运动采用每个电机驱动一个关节自由度，采用无刷直流减速电机，在配合两个互相啮合速比l；2的两个齿轮的驱动方式，这种方式使电机力矩到关节达到了有效输出，严格保证了其行走的协调性。3)设计了一个以PICl6F76芯片为核心的单片机控制系统，设计了电机驱动板，驱动电机运动。4)机器人的控制软件采用汇编言语编写，实现了对命令的响应、任务的调度和关节的控制。当机器

37、人接收到上位机的动作命令后，根据命令的要求1调用不同的任务子程序，驱动各关节执行一定的关节轨迹，从而形成一定的动作。经过一年多时间的努力，此项目现在已经交付完成，机器人手臂及控制系统已经投入使用。由于时间仓促，所研究的内容有些部分在实际原型中并没有用到。并且机器人手臂还有很多地方需要改进，性能还需进一步完善。下一步的研究工作是在现有五自由度的基础上再增加一些自由度，这样能增加机器人手臂的柔性。但是控制系统会更加复杂。现有的手臂在运动的过程中，还有一些轻微的膻动，软件还应该再作一些优化工作。软件现有的舞动动作任务有限，可以在增加一些动作任务。机械的设计和加工上也要改进，使手臂更轻巧和结实。参考文

38、献1 Radim ViSink8Low cost 3-phase AC motor control system based onMC68HC908MR24， Motorola semiconductor application note ANl66419992Finbarr Moynihan，Paul KettleEmbedded control systems group，AnalogDevices Inc，Wiimington，MA 01887，USA19983 Kazuo Hirai， Masato Hirose， Yuji Haikawa，Toru TakenakaTheDevelopment 0f Honda Humanoid RobotProceedings of the 1998 IEEEInternational Conference On RoboticsAutomation，May 19984美crochip Technology Inc著：刘和平，黄开长，严利平潘伟峰译PIC16F87X数据手册：2840脚8位FLASH单片机，北京航空航天大学出版，20015李学海PIC单片机实用教程，基础篇北京航空航天大学出版社，20026李学海PIC单片机实用教程，提高篇北京航空航天大学出版社，20027刘和平PIC