基于Linux的四索牵引并联机器人控制系统的开发

发布时间：2023-04-02 10:16

　　作为机器人家族的一员,索牵引并联机器人已被广泛应用于航空航天、灾害救援、摄影录像、医疗康复等领域。然而,相对于传统机器人,索牵引并联机器人的运动控制面临更大的挑战。例如,绳索只能承受轴向张力,并联机构具有强耦合等。因此,本文以立面三自由度四索牵引并联机器人为研究对象,提出基于ARM+FPGA的控制方案,并完成系统的设计和实验。控制系统方案设计:首先,充分考虑滑轮包角问题,建立绳索-滑轮的分析模型,并完成机构的逆运动学求解。然后,借助ADAMS软件完成机构的动力学建模并得到索力的变化规律。最后,在上述分析的基础上,结合不同控制方案的特点,提出ARM主控模块+FPGA驱动模块的控制系统方案。轨迹规划:运动控制与规划作为整个控制系统的核心,直接影响着机器人的执行精度和工作效率。针对轨迹规划完成了以下四部分工作:(1)利用静力学螺旋平衡方程求解有限拉力条件下末端执行器的工作空间。(2)借助三次B样条曲线完成运动轨迹的插值拟合。(3)提出一种基于改进型SCCA凸轮曲线的加减速算法。(4)在上述工作的基础上,基于连续小线段插补法实现了对末端执行器运动轨迹的规划。控制系统软件开发:一方面,配置ARM...

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 索牵引并联机器人研究现状
        1.2.1 索牵引并联机器人国外研究现状
        1.2.2 索牵引并联机器人国内研究现状
    1.3 控制系统发展概述
        1.3.1 控制系统国内外研究现状
        1.3.2 控制系统的关键技术
        1.3.3 控制系统发展趋势
    1.4 本文研究内容及章节安排
第二章 索牵引并联机器人控制系统方案设计
    2.1 引言
    2.2 运动学与动力学建模分析
        2.2.1 立面三自由度四索牵引并联机器人模型
        2.2.2 绳索-滑轮系统建模
        2.2.3 运动学分析
        2.2.4 动力学分析
    2.3 控制系统方案设计
        2.3.1 控制系统需求分析
        2.3.2 控制系统设计方案比较
        2.3.3 控制系统方案设计
    2.4 本章小结
第三章 笛卡尔空间轨迹规划
    3.1 引言
    3.2 工作空间分析
        3.2.1 静力学分析
        3.2.2 数值仿真
    3.3 轨迹插值拟合算法
        3.3.1 三次B样条插值拟合
        3.3.2 数值仿真
    3.4 轨迹过渡处理
        3.4.1 轨迹转折点圆弧过渡处理
        3.4.2 电机方向改变点处理
    3.5 末端执行器加减速算法
        3.5.1 改进型SCCA凸轮运动曲线
        3.5.2 数值仿真
    3.6 末端执行器轨迹规划的实现
        3.6.1 插补误差
        3.6.2 插补步长计算
        3.6.3 连续小线段插补法
        3.6.4 控制指令生成
    3.7 本章小结
第四章 索牵引并联机器人控制系统软件开发
    4.1 引言
    4.2 ARM主控模块开发
        4.2.1 开发环境配置
        4.2.2 Linux系统移植
        4.2.3 基于Qt的控制系统应用软件开发
    4.3 FPGA驱动模块开发
        4.3.1 数据通信子模块
        4.3.2 电机驱动子模块
    4.4 本章小节
第五章 立面三自由度四索牵引并联机器人实验验证
    5.1 引言
    5.2 实验装置
        5.2.1 实物模型
        5.2.2 位姿测量方案
        5.2.3 索力测量方案
    5.3 实验验证
        5.3.1二自由度运动实验
        5.3.2三自由度运动实验
        5.3.3 误差的分析与改进
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3779046