基于CAN总线的搬运机械手控制系统设计

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机器人的控制系统是决定其性能的关键。随着微电子技术的快速发展,高性价比的微处理器使得开发低成本、高性能的机器人控制器成为可能。同时控制技术的发展,微控制器(MCU)与电机控制相结合,实现电机的高速、数字化控制,成为机器人控制器发展的热门方向。本文在对MT-ARM机器人进行运动学、动力学分析的基础上,提出基于CAN总线的机械手控制系统的设计方法。研究了机器人控制器结构及原理,设计了基于DSP微控制器并采用CAN总线通信的模块化机器人控制系统。首先,以MT-ARM机器人为具体研究对象,运用经典的D-H法对其进行运动学建模。在进行正、逆运动学方程求解后,又使用MATLAB对求解结果进行了仿真验证。其次,为验证机器人的活动范围,避免机构干涉,对机器人的工作空间进行了仿真分析。并对机械手动力学模型进行示例推导。其后分析、研究机械手的控制系统的硬件结构,给出了DSP最小系统,CAN通信模块、编码器模块、控制器电源模块和驱动模块组成的硬件设计方案。最后介绍机械手的软件系统开发方法,对下位机程序进行功能分析,完成通信协议制定并测试,推导出直流电机的数学模型。对运动控制算法进行研究,设计了基于模糊PID算法的控制器,通过仿真及实验,以及与常规PID控制方法的对比,结果表明该方法得到良好的控制效果。
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