非结构环境下机械臂各关节自动控制系统设计摘要：为了使机械臂给工业企业带来更多利益，以智能化、低成本、小质量和高安全性能为目的，设计非结构环境下机械臂各关节自动控制系统。依据系统性能设计标准，为机械臂的肩膀、手肘和手腕处分别分配2D0F的自由度，给出机械臂D?ll参数，并为各关节设计合适的电机来实现机械臂运动。在系统的FPGA中写入控制算法，使用主控芯片对不同关节处FPGA的控制算法进行融合，确定机械臂运动方案并下达控制指令，通过构造2.5D环境地图感知非结构环境，完善控制指令。从实验结果中可以看出所设计系统的关节轨迹优化能力强。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除已转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。关键词：非结构环境；机械臂；关节；自动控制；系统设计中图分类号：TN02?34；TP241文献标识码：A文章编号：10047373X(2017)11?0172?04Designofmechanicalarm'seachjointautomaticcontrolsystemunderunstructuredenvironmentZHANGYuannong,ZHANGXiaofeng(BeijingInstituteofTechnology(Zhuhai)，Zhuhai519088,China)Abstract：Inordertomakethemechanicalarmbringmorebenefitstoindustrialenterprises，amechanicalarm'seachjointautomaticcontrolsystemunderunstructuredenvironmentwasdesignedtorealizetheintelligent,low?cost，high?qualityandhigh?safctypurpose.Accordingtothedesigncriterionofsystemperformance,thetwodegreeoffreedom(2D0F)isallocatedfortheshoulder,elbowandwristofthemechanicalarmrespectively,theD?Hparametersofthemechanicalarmaregiven,andtheappropriatemotorisdesignedforeachjointtorealizethemechanicalarmmovements.ThecontrolalgorithmsarewritteninFPGAofthesystem.ThemastercontrolchipisusedtointegratethedifferentjointsrcontrolalgorithmsinFPGAtodeterminethemovementschemeofmechanicalarmandgivethecontrolinstructions.The2.5Denvironmentmapisconstructedtoperceivetheunstructuredenvironment，andperfectthecontrolinstructions.Theexperimentalresultsshowthatthesystemhasstrongoptimizationabilityofjointtrajectory.Keywords:unstructuredenvironment；mechanicalarm；joint；automaticcontrol；systemdesign20世?o50年代，人口老龄化时代来临，加剧Y生产企业招工难、用工成本大的问题，机器的利用率随之提高。一些企业在工业生产中使用机械臂代替人类双手，其特点是加工精度高且速度快，适用于切割、零件安置等简单、任务量小、重复度高的生产活动［1］。目前，机械臂的载重偏低，主要应用于结构化环境中，虽然也有在非结构化环境下进行生产的案例，但往往受限于机械臂各关节的灵活性不足，无法精准完成生产任务。非结构化环境的地形复杂，包括平地、斜坡、台阶、沟壑等，要求机械臂各关节能够对变化中的地形进行快速感应，并立即选定关节运动位移和角度，智能化是机械臂的控制秉点，还要考虑到低成本、小质量和高安全性能等因素，更加大了设计难度［2］。过去设计出的一些非结构环境下机械臂各关节自动控制系统，如文献［3］和文献［4］设计的基于7R的仿人机械臂逆运动学优化系统和基于随机激励的机械臂关节控制系统，都没能同时兼顾以上几点设计要求，关节轨迹优化能力也需要进一步提高。为了响应生产企业需求，在非结构环境下机械臂各关节自动控制系统的设计过程中充分衡量各项设计要求，通过分析非结构环境特点提出环境感知方法，增强系统对关节轨迹的优化能力。1非结构环境下机械臂各关节自动控制系统设计1.1系统整体设计通过衡量智能化、低成本、小质量和高安全性能的设计要求，设计一种具有高度信息集成性能、高速感知和高速反应的非结构环境下机械臂各关节自动控制系统，所设计系统的质量小，可轻松安置在工业加工设备上，并可进行人与系统的有效沟通，表1为系统性能设计标准。表1系统性能设计标准［性能类型标准值质量小于5kg自由度大于6D0F整体长度小...