摘 要由于六自由度机械手臂在各个领域中得到了越来越广泛的应用，控制它执行动作的复杂化、多样化的需要也随之日趋增多。作为当代科学技术领域研究的一个热门问题，提高六自由度机械手臂的稳定性、控制精度、操作灵活性对于提高其应用水平有着十分重要意义。本课程设计是对六自由度机械臂控制系统的研究、分析和设计。六自由度机械臂控制系统作为一种运动控制系统,并且是控制系统的主要潜在的执行机制,该系统致力于努力开发一种高稳定性、高可靠性和工业机械系统的精确定位。整个复杂的系统,主要是关于ARM微处理器STM32,MG995伺服系统和软件控制程序建立清晰度控制系统。然后遵循一个结构化的设计思想、原则和设计方法把各自的部分进行比较和分析。在软件设计中,根据控制程序的模块化设计分为模块和运行初始化模块,每个模块的程序设计。
目 录
第一章 绪论 1
1.1机械臂概述 1
1.1.1课题研究背景与意义 1
1.1.2国内外机械手的研究现状及发展趋势 1
1.2机械控制的研究内容 1
1.2.1机械手的控制器的配置 1
1.2.2机械手的控制算法 1
1.3本文的主要工作 2
第二章 总体方案设计 3
2.1机械结构设计 3
2.1.1手部结构的设计原则 3
2.1.2机械手自由度的确定 3
2.2机械手关节控制的总体方案 3
2.2.1机械手控制器的类型的确定 3
2.2.2控制系统的基本结构 4
2.2.3关节控制系统的控制策略 4
第三章 控制系统硬件设计 5
3.1控制系统硬件概述 5
3.2微处理器选型 5
3.3主控制模块设计 6
3.3.1电源电路 6
3.3.2复位电路 7
3.3.3时钟电路 7
3.3.4 JTAG调试电路 7
3.4驱动模块设计 8
3.5电源模块设计 8
3.6传感器模块设计 9
第四章 机械臂姿态算
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法设计 11
4.1机械臂建模 11
4.2初始化模块设计 12
4.3运行模块设计 13
第五章 设计成品的调试 15
5.1硬件调试 15
5.2软件调试 15
5.3故障原因及解决方法 18
结 论 20
致 谢 21
参考文献 22
附 录 24
附录A 24
附录B 25
附录C 34
第一章 绪论
1.1机械臂概述
1.1.1课题研究背景与意义
机械手臂是最近几年发展的起来的一种工业自控设备，我们可以用事先导入的程序来控制这个手臂，让其为我们工作。它有很多优点，不仅涵盖了当下机器人的所有优点，而且还有和人一样的智能性与适应性。它在工程过程中，可以准确对外界环境作出判断，这些长处让其发展前景不当增强。如果是更高一级的产品，更为复杂性的程序也可以被执行[4]。
1.1.2国内外机械手的研究现状及发展趋势
有代表性的世界知名机器人公司在机械臂领域也是硕果累累。目前, 美、英、德、日、意等工业发达国家都在竞相开发各种类型规格的机械臂机,来满足不同场合的需要。国外生产厂家主要有三个较大的集团，分别是 瑞典的ABB 公司、德国的KUKA集团、日本安川、FANUC、Nachi、YAMAHA、Denso和瑞士SIP公司。
从公司角度来说，不同公司的产品有其不同的特点：ABB公司以不断推出新产品、新技术、新工艺而著称。KUKA集团公司设计的产品以坚实的基础结构和驱动方案作为其性能的保障。
1.2机械控制的研究内容
1.2.1机械手的控制器的配置
给控制系统配置一个性能良好的控制器是非常重要的。目前主流的控制器主要有DSP、FPGA、可编程逻辑控制器（PLC）和单片机控制。
数字信号处理器由于其处理速度快、内存大、芯片的功耗低等性能被广泛的应用于各种控制系统。
FPGA（Field－Programmable Gate Array）的功耗虽然不是很令人满意，但其设计周期短，灵活性高和系统的稳定性高仍然受到广大用户的青睐。
相比之下STM32单片机并不逊色，它是来自意法半导体公司的产品，其采用ARM 最新的CortexM3内核，集成度高、低功耗和通用好等特点大大提高了其性价比。
综上所述，根据系统实现功能的要求，所以选用STM32单片机作为机械臂的控制器。
1.2.2机械手的控制算法
当前，多用算法被应用与机械臂的控制器中。包括主流的经典控制理论的PID控制，现代控制理论中的轨迹控制、模糊控制、自适应控制等。
PID控制算法实用性很强。只需要让比例、微分与积分环节参数配置合理，就会实现速敏捷、平稳准确地控制。该系统的研究领域除以上所述方面，还包括传感器的使用、机器人技术的编程语言和网络通信等知识，这些方面的研究大大很好的解决了机械臂系统的智能化。
1.3本文的主要工作
1）设计基于STM32的六自由度机械手臂运动控制器。包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要采用STM32单片机作为主控制器，包括与之相关的电源电路以及电机驱动电路。软件部分包括 机械手臂运动控制核心算法和接口通讯程序。
2）结合实验结果分析机械臂运行原理及产品模块的选用，查阅相关资料书籍为该机械臂控制配置更为合理的附加功能，让你成为智能产品的代表。
第二章 总体方案设计
2.1机械结构设计
2.1.1手部结构的设计原则
机械手臂的非常重要的部分是主干手臂，因为它可以支撑着整个系统抓取、放回物品，而且可以按照我们事先设定好的位置让它来操作完成。
对于主干部手臂的设计，有如下准则：
刚强度应该要大。为了预防机械手在运动的过程中出现的形变，应该合理选择手的横截面的形状。
导向性一定要好。一般为了预防机械手在运动过程中发生不需要的相对运动，手臂一般最好设计成正方形。
偏重力矩一般要小。一般机械手运动部分的动量应尽可能减小。
根据该系统的功能和搬运工作的特点，为了使其能在一定程度上拥有操作的良好的运动性能和灵活性，经过很多次的比较和讨论后，此设计将用多关节型的机械手臂，因为它不仅具有角度大的动作优点，除此之外还可以使机械手在比较大的空间内拥有良好的运动性能。

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