【摘 要】
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随着科技的进步,机器人开始在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色,尤其在高危作业,重复性劳动等方面,机器人的作用更加凸显。因此,机械臂控制技术对提高劳动生产率乃至实现工业4.0具有重要意义。传统工业机器人普遍采用的传动结构为电机-减速器-关节轴三者直接连接,这种结构具有机械臂质量大,外观不紧凑等缺点。本文设计了一种线驱动轻型机械臂,机械臂本体不包含电机,减速器等驱动机构,完全由绳索牵引被动运动,
【基金项目】
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NSFC广东联合基金面向电子制造的多机器人高速协调的关键理论与方法研究”U1401240”；
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随着科技的进步,机器人开始在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色,尤其在高危作业,重复性劳动等方面,机器人的作用更加凸显。因此,机械臂控制技术对提高劳动生产率乃至实现工业4.0具有重要意义。传统工业机器人普遍采用的传动结构为电机-减速器-关节轴三者直接连接,这种结构具有机械臂质量大,外观不紧凑等缺点。本文设计了一种线驱动轻型机械臂,机械臂本体不包含电机,减速器等驱动机构,完全由绳索牵引被动运动,使得机械臂得以轻量化,同时具有更细的机身,使各关节更灵活轻便。针对该轻型机械臂详细分析了机构的组成,分析线驱动方案以及绳索在机械臂内部的布局,详细说明了各个组成部分的设计情况。对该机械臂建立了运动学模型,并在此基础上进行了正运动学和逆运动学的计算,并通过Matlab的Robotics工具箱对运动学进行仿真,为后续的肖像画绘制奠定了基础。完成了整个控制系统的设计,在硬件方面,对系统中用到的设备进行了分析与选型;在软件方面,移植了Linux操作系统,并加入实时内核补丁,提高了控制系统的实时性,在此基础上完成了人机交互界面的设计及控制软件的编写。针对线驱动方式的特点,设计了一种P-PID控制算法,以弥补绳索的弹性对控制精度的影响,并通过圆弧轨迹跟踪实验进行验证,实现了对机器人的控制。设计了一套肖像画绘制算法,采用深度学习进行人脸特征的提取,然后将其转化为机器人的运动轨迹,并进行了轨迹优化,最后进行了肖像画绘制实验。
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