教学机器人机械手臂控制系统设计与开发答辩

本文的主要内容一、背景简介二、教学机器人机械手臂的方案设计三、机械手臂控制系统硬件设计与开发四、机械手臂控制系统软件开发五、控制系统功能验证主要内容救援型机器人能够替代人类及时亲临一线，去执行人类不可能完成的危险任务;救援机器人的机械手臂的性能直接决定了救援行动完成的质量;我国已经基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统和驱动系统的设计技术以及机器人软件和编程等关键技术。形成了一批像中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、北航等具有较强机器人科研实力的公司和院校。在救援机器人的研究上面起步晚，大多数研究还是停留在某个单项研究阶段;背景简介教学机器人简介救援车六自由度机械臂无线摄像头光控照明电路传感器和无线模块电机驱动电路单片机履带升降台侦查车操作台六自由度机械臂无线摄像头光控照明电路传感器和无线模块电机驱动电路单片机履带升降台教学机器人手臂关节自由度示意图如下:教学机器人机械手臂的方案设计机械手臂结构方案教学机器人机械臂动作实现控制总框图：机械手臂硬件控制系统设计与开发控制臂部分的控制框图

机械手臂硬件控制系统设计与开发模拟机械手部分作为主动控制实施部分，是操作者根据监控画面进行实时指挥机械手动作的部分。教学机器人控制臂部分展示C8051单片机（从控制系统）NRF905无线接受模块底座舵机（舵机0）手臂舵机1（舵机1）手臂舵机2（舵机2）手臂舵机3（舵机3）手臂舵机4（舵机4）手臂舵机5（舵机5）六自由度机械手控制部分控制系统总体方案设计框图控制系统器件选型教学机器人机械手臂硬件控制系统组成80C51单片机的选择及功能本作品机械手臂控制系统采用了STC15F2K61S2、C8051F020单片机。

主控制部分的C8051F020单片机带有8路AD转换通道，处理速度快，能准确地读取模拟机械手上六个线性电阻输出地模拟量，并对数据进行处理，再经无线模块将数据传送给接收机，使机械手做出相应动作。从控制部分STC15F2K61S2单片机，处理速度较快，能准确读取温度、湿度、煤气等传感器输出地模拟量，并对数据进行处理，再经无线模块将数据传送给接收机，使其数据显示在液晶12864上。从控制系统硬件选型舵机内部结构图舵机标准接口舵机工作原理框图脉冲信号宽度与舵机转角控制关系无线模块nRF905通讯模块选择：nRF905nRF905芯片功能简介教学机械手臂控制系统的软件开发该机械手控制系统中主要的编程包括对控制臂位置信息的获取，无线发射接收模块的运作控制，舵机动作的控制这几个方面。该机器人手臂自由度为6个因而的关节数也比较多，其数学模型是一个非线性模型。我们的目标只是开发一个能够进行教学演示、功能简单的机器人手臂控制系统，所以采取简化的控制方法是很合适的。考虑到该项目组综合功能比较复杂，对程序的可读性和可移植性要求较高，所以在软件开发上选用了C语言来实现。主控制部分程序流程ADC采样子程序NRF905的发送程序流程从控制单片机主控制程序各路舵机驱动信号程序流程NRF905的接受子程序机械手臂部分硬件平台的安装正确的静止或保持位置程序烧制及从控制部分单片机安装⑴将机械手和电子控制模块安装完毕后，将控制程序编译完成烧入单片机的芯片内，开始控制机械手动作的功能验证实验准备工作。⑵运行《电机测试》程序，将得到的电机运行.hex文件烧入到芯片中，确认所有连线正确后，观察机械手的运动情况。⑶运行《夹取物体》程序，将得到的hand.hex文件烧入到芯片中运行程序，可以看到机械手的动作是将物体从左边夹取到右边。用户可根据实际情况调整电机的运动位置达到实际应用的目的。⑷运行从控制中的各自的程序，并将后缀为.hex文件烧入到从控制部分的单片机芯片中，为下一步控制系统控制功能调试做准备。机械手控制系统功能验证操作者控制模拟机械手抓取物体动作教学机械手成功的完成模拟机械手抓取物体的动作教学机械手也能按照操作者的动作成功地抓取物体机械手臂功能参数总结与展望总结⑴通过模拟机械手来控制机械手的动作，这种控制方式适用更广泛，也能更好的完成较复杂的动作。⑵机械系统和控制系统开发时，谨遵了模块化、轻盈化的理念，使其在控制性能上更好。⑶采用了面向教学的设计理念，其开发应用的语言和软件环境是教学对象较为熟悉的单片机开发环境，让学生更乐于接受。该机械手可以有效地应用于控制系统教学、计算机教学、自动检测教学、机器人教学等学科的教学中，实用性较宽泛。同时还可以根据具体的需要对相应的部件安装传感器，让其具有所需要的其它功能。展望⑴所用的传感器比较单一，可以通过增加其它的更智能化的传感器来扩展机器人的功能，让该教学机器人真正实现智能化。⑵本文的控制核心采