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基于嵌入式机器人关键技术的研究与应用

作　者: 王伟
导　师: 王宪
学　校: 江南大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 机器人 嵌入式系统 逆运动学 轨迹规划 B样条
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


机器人在现代社会的生产生活的各个领域正发挥着越来越重要的作用,其涉及的工作种类也正逐步扩大。研究嵌入式机器人对于以低成本、数字化、柔性化等为基本要求的机器人系统显得尤为合适,但是目前仍然没有一套比较完善的嵌入式解决方案。本文以实际项目机器人为研究对象,通过仿真与实验验证相结合的方式,在嵌入式系统下对六自由度机器人的实时逆运动学、轨迹规划等关键技术进行了深入研究。提出了一套嵌入式系统下机器人的技术解决方案。本文分别从以下几个方面进行了论述:首先,阐明了机器人研究的背景及意义,调研分析了国内外机器人的应用现状及机器人技术的研究现状,指出工业机器人的核心理论与技术问题,同时详细介绍了嵌入式系统的特点、分类及其在机器人领域的研究状况等。其次简要介绍了机器人正运动学的基本知识,建立起运动学方程,根据实际机器人求得D-H参数,并根据D-H参数在ADAMS与MATLAB下分别建立起仿真模型,便于以后的仿真分析;同时又进行了机器人的逆运动学分析,提出了使用牛顿-拉夫逊逆运动学算法用于机器人系统中的解决方案。再次对机器人轨迹规划进行了阐述。提出了在关节空间中进行轨迹规划的基本方法,并分别介绍了三次插值、抛物线插值及B样条插值三种插值方法。重点讨论了B样条插值法,并给出了相应的改进方法。同时也讨论了蚁群算法和粒子群算法两种智能算法对于避障轨迹规划的应用,也分别给出了改进方法。用ADAMS对轨迹规划进行了仿真,得出了各关节的规划后的曲线,方便与实际运行曲线进行对比分析。最后提出了本系统的总体结构,并分别逐一描述了处理器、Qt界面、以太网的控制方式等各个部分的功能及特点。说明了在现场调试中相关操作的操作步骤等。对前面讨论的方法进行实际验证,分析曲线,最终得出结论。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 课题研究的背景及意义  7-8
  1.2 机器人研究现状  8-10
    1.2.1 国外研究状况  8
    1.2.2 国内研究状况  8-9
    1.2.3 工业机器人技术发展现状  9-10
  1.3 嵌入式系统  10-14
    1.3.1 嵌入式处理器  10-12
    1.3.2 嵌入式操作系统  12
    1.3.3 嵌入式Linux 操作系统  12-14
    1.3.4 嵌入式系统在机器人领域的应用现状  14
  1.4 本文研究的主要内容  14-15
第二章 机器人轨迹规划  15-33
  2.1 机器人运动学基础  15-20
    2.1.1 机器人连杆坐标系的建立  15-18
    2.1.2 机器人逆运动学的实时实现  18-20
  2.2 轨迹规划概述  20-21
  2.3 三次多项式函数插值  21
  2.4 B 样条插补算法  21-24
    2.4.1 等距B 样条函数定义  22
    2.4.2 四阶三次均匀B 样条曲线的性质  22-23
    2.4.3 求解控制点  23
    2.4.4 B 样条插补算法改进  23-24
    2.4.5 B 样条轨迹规划步骤  24
  2.5 智能算法在轨迹规划中的应用  24-32
    2.5.1 问题描述与环境建模  24-25
    2.5.2 蚁群算法  25-27
    2.5.3 粒子群算法  27-28
    2.5.4 蚁群算法与粒子群算法的融合  28-29
    2.5.5 仿真结果及分析  29-32
  2.6 本章小结  32-33
第三章 基于ADAMS 的机器人仿真  33-41
  3.1 ADAMS 建模  33-34
  3.2 添加约束  34-35
  3.3 创建驱动  35-36
  3.4 定义变量并导出参数  36
  3.5 仿真结果及分析  36-39
  3.6 本章小结  39-41
第四章 机器人系统设计及现场调试  41-53
  4.1 系统结构组成  41-45
    4.1.1 ARM 控制器  41-42
    4.1.2 Qt 控制界面  42-43
    4.1.3 工业以太网  43-45
  4.2 电机控制的软件实现方式  45-47
  4.3 现场调试  47-51
    4.3.1 开机及运行  47-48
    4.3.2 机械臂模型校正  48-49
    4.3.3 机械调零  49
    4.3.4 轨迹运行  49-51
  4.4 本章小结  51-53
第五章 总结与展望  53-55
  5.1 论文总结  53
  5.2 展望  53-55
致谢  55-57
参考文献  57-61
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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