七自由度机械臂控制系统设计与实现

"七自由度机械臂控制系统设计与研究" 这篇论文主要探讨了七自由度机械臂的控制系统设计，涉及了多个关键技术和步骤。首先，论文采用了DENAVIT-HARTENBERG参数法来建立机械臂的数学模型，这是机器人学中的经典方法，用于描述机器人的关节和连杆之间的相对位置关系，从而推导出正运动学公式。正运动学是解决从关节变量到末端执行器位置的转换问题。 接着，论文引入了基于牛顿迭代法的逆解算法来解决逆运动学问题。逆运动学是从目标位置和姿态反推出关节角度的过程，而牛顿迭代法是一种求解非线性方程组的有效方法，能快速收敛找到最优解，克服了多解性的问题。此外，为了实现精确的点到点运动控制，论文在关节空间设计了H次插值和五次插值算法，确保机械臂平滑地从一个位置过渡到另一个位置。 在笛卡尔空间，即考虑末端执行器在三维空间中的运动，论文设计了空间直线轨迹和空间圆弧轨迹规划算法。这些算法使得机械臂能够执行直线和圆弧运动，增强了其在工作空间内的灵活性。 控制系统硬件部分包括微处理器系统电路和传感器模块电路设计，以及CAN总线通信系统的选型。CAN总线是工业自动化领域常用的一种通信协议，具有高可靠性，适合实时数据传输。软件部分则涵盖了PID控制器的编写，用于调整机械臂的动态响应，以及人机交互界面和下位机角度获取模块的程序设计，允许用户对机械臂进行各种操作和设置。 为了验证系统的性能，论文进行了多步骤的实验。包括逆解算法的准确性验证、安装部件的功能测试、关节尺寸的标定实验以获取建模所需关节参数、通讯测试确保总线负载率适中、控制界面功能测试以及系统动作完成能力的测试。最后，通过对机械臂运动路径点的坐标测量和误差分析，评估了机械臂的精度和误差性能。 该论文作者为李程程，指导教师为崔建伟，属于东南大学仪器科学与技术学院的硕士研究生毕业论文，专业方向为测控技术与仪器。论文的完成时间为2016年5月31日。