空间机械臂的鲁棒复合自适应控制

非线性系统的鲁棒自适应控制

非线性系统的鲁棒自适应控制 Robust Adaptive Control of Uncertain Nonlinear Systems 郝仁剑3120120359 摘要：本文以非线性系统的控制问题为背景，介绍了多种经典的非线性系统的控制方法以及研究进展，分析了各种控制方法存在的优点和不足。着重介绍了鲁棒自适应控制在非线性系统中的应用，结合该领域的近期研究进展和实际应用背景，给出对鲁棒自适应控制的进一步研究目标。 关键词：非线性系统鲁棒控制自适应控制 1.前言 任何实际系统都具有非线性特性，非线性现象无处不在。严格地说，线性特性只是其中的特例，但是非线性系统与线性系统又具有本质的区别。由于非线性系统不满足叠加原理，因此非线性特性千差万别，这也给非线性系统的研究带来了很大的困难。同时，对于非线性系统很难求得完整的解，一般只能对非线性系统的运动情况做出估计。众所周知，控制理论经历了经典控制理论和现代控制理论两个发展阶段。在第二次世界大战前后发展起来的经典控制理论应用拉普拉斯变换等工程数学工具来分析系统的品质。它广泛地应用于单输入单输出、线性、定常、集中参数系统的研究中。随着控制对象的日益复杂以及人们对控制系统精度的不断提高，经典控制理论的局限性就暴露出来了。在20世纪50年代，Bellman根据最优原理创立了动态规划。同时庞特里亚金等学者创立了最大值原理。后来，Kalman提出了一系列重要的概念，如可观性，可控性，最优线性二次状态反馈，Kalman滤波等。这些理论和概念的提出大大促进了现代控制理论的发展。控制系统的设计都需要以被控对象的数学模型为依据，然而对于任何被控对象不可能得到其精确的数学模型，如在建立机器人的数学模型时，需要做一些合理的假设，而忽略一些不确定因数。不确定性的必然存在也正促使了现代控制理论中另一重要的研究领域——鲁棒控制理论的发展。Zmaes关于小增益定理的研究以及Kalman关于单输入单输出系统LQ调节器稳定裕量的分析为鲁棒控制理论的发展产生了重要的影响。特别是Zmaes1981年发表的论文[1]标志H∞控制理论的起步。1984年Francis和Zmaes基于古典插值理论提出H∞问题的初步解法。Glover运用Hankel算子理论给出了H∞问题的解析解。Doyle在状态空间上对Glover解法进行整理和归纳。至此H∞控制理论体系初步形成。同时，Doyle首次提出结构化奇异值的概念，后来形成了μ解析理论。另外一种重要的控制器设计方法是基于Lyapunov函数的方法。在进行鲁棒控制器的设计时，一般都假设系统的不确定性属于一个可描述集，比如增益有界，且上界己知等。一般来说，鲁棒控制是比较保守的控制策略。对所考虑集合内的个别元素，该系统并不是最佳控制。对于具有参数不确定性的一类系统，自适应控制技术被提了出来，如模型参考自适应控制和自校正控制等。在实际应用中，由于被控对象具有未建模动态，过程噪声或扰动的统计特性远比设计时所设想的情况更复杂，以及持续激励条件和严正实条件等“理想条件”被打破，这都会导致自适应控制算法的失稳。于是自适应控制的鲁棒性课题，即鲁棒自适应控制受到了广泛的关注。大量的工程实践表明，对于复杂的工业对象和过程，引入自适应策略能够提高控制精度，提高生产效率，降低成本。近年来，非线性自适应控制技术取得突破性的发展，控制器的结构化设计技术也正日益得到广泛的研究与应用。

基于单片机的机械臂控制系统设计与制作汇总

基于单片机的机械臂控制系统设计与制作 电子信息科学与技术专业 学号：3080203201 姓名：丁路 班级：电科081 日期：2011.10.26

目录 课程设计题目及要求 第一章绪论 1.1 设计题目及要求 1.2 设计内容 第二章硬件设计 2.1 硬件结构图 2.2 各模块工作原理及设计 2.2.1 控制模块 2.2.2 显示模块 2.2.3 按键模块 2.2.4 舵机模块 2.3 软件程序设计 第三章硬件制作以及程序的下载调试 3.1 电路板的制作 3.2 元器件的焊接 3.3 程序的下载与调试 第四章总结 4.1 课程设计体会 4.2 奇瑞参观感受 课程设计题目及要求

题目：基于单片机的机械臂控制系统设计与制作 实习内容： 1，完成基于单片机的机械臂控制系统原理图和PCB的绘制，在基本要求的基础上自己可以作一定的扩展； 2，利用热转印纸、三氯化铁腐蚀液等完成PCB板的制作； 3，完成相应电路的焊接和调试； 4，完成相应软件程序的编写； 5，完成软、硬件的联调； 6，交付实习报告。 实习要求： 1，两人一组，自由搭配，但要遵循能力强弱搭配、男女搭配、考研和不考研的搭配； 2，充分发挥主观能动性，遇到问题尽量自己解决，在基本要求基础上可自由发挥； 3，第一次制作电路，电路不可追求复杂； 4，注意安全！熨斗、烙铁。 第一章绪论

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。单片机集体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等众多优点，以广泛用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，无论在民间、商业、及军事领域单片机都发挥着十分重要的作用二十一世纪，随着机械化、自动化水平的不断提高，不仅减轻了劳动强度、提高生产率，而且把人类活动从危险、恶劣环境中替换出来。而其中机器人技术，显示出极大的优越性；在宇宙探索、海洋开发以及军事应用上具有重要的实用价值。大力发展机器人技术，一方面能让社会从劳动苦力型转换到福利休闲型，另一方面能极大的提高民众的幸福感。在新时期的世界各国，随着应用日益广泛，机器人技术将不断发展并走向成熟。 本次课程设以单片机作为控制器实现对机械手臂的简单控制。在单片机最小系统的基础上扩展按键接口和舵机接口以及LED显示器，构成最简单的机械臂控制系统。 第二章硬件设计 2.1 硬件结构图 本系统的控制器采用的是STC 12C5A32S2单片机，具有A/D转换

【CN110315527A】一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910140183.X (22)申请日 2019.02.26 (71)申请人 浙江树人学院(浙江树人大学) 地址 312028 浙江省绍兴市柯桥区杨汛桥 镇江夏路2016号 (72)发明人 吴凡　 (74)专利代理机构 杭州永航联科专利代理有限 公司 33304 代理人 李铃 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方 法 (57)摘要 本发明涉及柔性机械臂技术领域，且公开了 一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，所 述控制方法包括以下步骤：步骤1、建立柔性机械 臂的的动力学模型；步骤2、设计基于动态模式的 柔性机械臂的控制器；步骤3、对柔性机械臂的角 度运动进行控制：步骤3.1、对柔性机械臂的不定 性参数进行分析建模；步骤3.2、对柔性机械臂的 角度的位移和转动进行控制；步骤3.3、对柔性机 械臂各关节的角度位置矢量进行控制；步骤3.4、 对柔性机械臂的智能角度空间差进行集合控制 柔性机械臂的位姿。该自适应动态规划的柔性机 械臂控制方法，较好的提高了对柔性机械臂的控 制精度，操作简单方便，能够有效的缩短控制时 间， 提高了控制效率。权利要求书2页 说明书4页CN 110315527 A 2019.10.11 C N 110315527 A

1.一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤： 步骤1、建立柔性机械臂的的动力学模型； 步骤2、设计基于动态模式的柔性机械臂的控制器； 步骤3、对柔性机械臂的角度运动进行控制： 步骤3.1、对柔性机械臂的不定性参数进行分析建模； 步骤3.2、对柔性机械臂的角度的位移和转动进行控制； 步骤3.3、对柔性机械臂各关节的角度位置矢量进行控制； 步骤3.4、对柔性机械臂的智能角度空间差进行集合控制柔性机械臂的位姿； 步骤4、对柔性机械臂的关机角速度进行控制。 2.根据权利要求1所述的一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于：所述柔性机械臂的动力学模型为：其中，q＝[q r *q f ]T ，q r 表示m个关节角矢量，q f 表示n -m维弹性模态坐标矢量，M是对称正定的质量矩阵，C代表反对称的柯氏力和向心力矩阵，F是摩擦力矩矢量，u是m个关节的输入力矩矢量，用差商代替 导数可得到如下的差分方程： 3.根据权利要求1所述的一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于：所述柔性机械臂控制器的最小二乘法：令p＝q i +K α(r i -q i )，r i 是系统的参考输入矢量，K α为正的对角矩阵，用q代替q r+1可得到如下关系：B(q i )u＝M(q i )(p -2q i +q i -1)/h 2，用解矛盾方程的最小二乘法求出u，u＝(B T (q i )B(q i ))-1B T (q i )K βM(q i )(p -2q i +q i -1)/h 2，K β为正的对角矩阵。 4.根据权利要求1所述的一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于：所述柔性机械臂的不定参数的分析建模方法如下：在建立的二维机械手臂模型中，排除摩擦力的影响，只对外部干扰与不定性参数进行研究分析建立模型，用公式表示为 ： 其中，d j 为坐标系广义坐标，速度为广义速度，W d 为柔性机械臂 运动过程中的广义力，d为旋转角度，q表示连接杆距离。 5.根据权利要求1所述的一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于：所述柔性机械臂的角度的位移和转动进行控制的具体方法如下：柔性机械臂在不同的环境下工作，关节的位移和转动都会引起能量变化，N表示动能，U表示势能，用公式表示为 ： 将U 1与U 2代入柔性机械臂的动能与势能方程中可得： 排除干扰量的柔性机械臂的的运动能量变化转换控制完成。 6.根据权利要求1所述的一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于：柔 权　利　要　求　书1/2页2CN 110315527 A

机械臂控制

江西理工大学应用科学学院微机控制课程设计报告 设计题目：机械手控制(继电器+发光二极管) 设计者： 学号： 班级：电气工程及其自动化 指导老师： 完成时间：2012/7/6

摘要 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，满足现代经济发展的要求。机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。文章主要叙述了机械手的设计过程，文章中介绍了四自由度机械手的设计理论与方法。本设计以51 单片机为核心，利用继电器控制电机正转，反转和停止。本机械手的执行机构主要由四台电机组成，分别控制机械臂的X轴伸缩、Z 轴升降、底盘、腕回转功能。动作模式有两种：自动模式，手动模式。单片机驱动继电器，继电器动作由发光二极管指示（二极管代表各电机）。 【关键词】：四自由度机械手， 51 单片机，直流电机，继电器，发光二极管.

目录 摘要 (2) 目录 (3) 1 绪论 (1) 1.1 机械手概述 (1) 1.2 设计要求及设计内容 (3) 1.2 此次设计研究的主要内容应解决的问题 (3) 2 设计方案 (5) 2.1用户板抄板步骤及过程 (5) 2.1.1原理图绘制说明 (5) 2.2 户板检测步骤及过程 (7) 2.4 各部分电路介绍 (7) 2.4.1 51单片机系统板电路介绍 (7) 2.4.2 机械手控制电路介绍 (9) 2.4.3 主要器件介绍 (12) 3 系统程序设计 (14) 3.1、程序流程图 (14) 3.2、程序设计 (15) 3.3、电路总图 (19) 总结 (20) 致谢 (22) 参考文献 (23)

机械手控制设计

机械手的步进控制 摘要 摘要: 本文主要介绍机械手的发展和应用。首先对机械手的发展背景和定义做了介绍，随后给出了机械手的基本构造，并对机械手的应用做了简单的分类。最后对机械手的发展趋势进行了展望。 关键词:机械手:发展;应用 引言： 近年来由于机电体化在工业各个领域的应用，机械设备的自动化控制显得越来越重要。随着工业的发展和产品的高级化及复杂化，要求人们必须提高工作效率和适应恶劣环境的能力，增加了工人的劳动强度，甚至于危及到生命。因此机械手就在这样情况下诞生了，机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识:它能部分地代替人工操作:能按照生产工艺的要求，遵循定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸:能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善I人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现I业生产机械化和自动化的步伐用。 机械手是一种能模拟人的手臂动作，按照设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置。三白由度机械手又称3D机械人，能够实现三个自由度方向(水平、垂直

和旋转)的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点。 可编程控制器PLC是-种专门为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。 机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 控制要求 1在传输带A的端部，安装了光电开关PS，用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时为ON状态。机械手在原位时，按下启动按钮，系统启动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A 停。传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A 上搬到传送带B(连续运转)上。机械手返回原位后，自动再启动传送带A运转，进行下一个循环。 2.按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。机械手的上升／下降和左移／右移的执行结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。夹紧／放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。

机械臂控制系统的设计

机械臂控制系统的设计 1 引言 近年来，随着制造业在我国的高速发展，工业机器人技术也得到了迅速的发展。根据负载的大小可以将机械臂分为大型、中型、小型三类。大型机械臂主要用于搬运、码垛、装配等负载较重的场合；中小型机械臂主要用于焊接、喷漆、检测等负载较小的场合。随着国外工业机器人技术的不断发展，尤其是一些中小型机器人，它们具有体积小、质量轻、精度高、控制可靠的特点，甚至研发出更为轻巧的控制箱，可以在工作区域随时移动，这样大大方便了工作人员的操作。在工业机器人的应用中最常见的是六自由度的机械臂。它是由6个独立的旋转关节串联形成的一种工业机器人，每个关节都有各自独立的控制系统。 2机械臂硬件系统设计 2.1 机械臂构型的选择 要使机器臂的抓持器能够以准确的位置和姿态移动到给定点，这就要求机器人具有一定数量的自由度。机器臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。为了使安装在双轮自平衡机器人上的机械臂能够具有完善的功能，能够完成复杂的任务，将其自由度数目定为6个，这样抓持器就可以达到空间中的任意位姿，并且不会出现冗余问题。在确定自由度后，就可以合理的布置各关节来分配这些自由度了。 由于计算数值解远比封闭解费时，数值解很难用于实时控制，这样，后3个关节就确定了末端执行器的姿态，而前3个关节确定腕关节原点的位置。采用这种方法设计的机械臂可以认为是由定位结构及其后面串联的定向结构或手腕组成的。这样设计出来的机器人都具有封闭解。另外，定位结构都采用简单结构连杆转角为0或90°的形式，连杆长度可以不同，但是连杆偏距都为0，这样的结构会使推倒逆解时计算简单。 定位机构是涉及形式主要有以下几种：SCARA型机械臂，直角坐标型机械臂，圆柱坐标型机械臂，极坐标型机械臂，关节坐标型机械臂等。 SCARA机械臂是平面关节型，不能满足本文对机械臂周边3维空间任意抓取的要求；直角坐标型机械臂投影面积较大，工作空间小；极坐标方式需要线性

机械手臂搬运加工流程控制的设计

机械手臂搬运加工流程控制的设计 摘要 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源 和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。 本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC 内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。 关键词：搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀

前言 机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

基于MATLAB_Simulink机器人鲁棒自适应控制系统仿真研究

第18卷第7期 系统仿真学报?V ol. 18 No. 7 2006年7月Journal of System Simulation July, 2006 基于MATLAB/Simulink机器人鲁棒自适应控制系统仿真研究 高道祥，薛定宇 （东北大学教育部暨辽宁省流程工业综合自动化重点实验室，沈阳 110004） 摘要：介绍了一种在MATLAB/Simulink环境下进行机器人鲁棒自适应控制系统仿真的方法，利 用Matlab软件强大的数值运算功能，将系统模型用Matlab语言编写成M-Function（或S-Function） 文件，通过User-Defined-Function模块嵌入到Simulink仿真环境中，可以充分发挥Simulink模块 实时的动态仿真功能，简化仿真模型的设计，修改和调整。基于M-Function建立机器人系统模型 的方法可以推广到其他复杂控制系统的建模，SimMechanics在建立多自由度连杆机器人受控对象 仿真模型时，简单可靠。 关键词：机器人；Matlab/Simulink；SimMechanics；仿真；鲁棒自适应控制 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X(2006) 07-2022-04 Simulation Research of Robust Adaptive Control System for Robotic Manipulators Based on MATLAB/Simulink GAO Dao-xiang, XUE Ding-yü (Key Laboratory of Process Industry Automation, Ministry of Education, Northeast University, Shenyang 110004, China) Abstract: A simulation method of robust adaptive control was proposed for the robotic manipulator system. The method took the advantage of the powerful computing function of Matlab to programme M-function (or S-Function) for the system model by Matlab language and embedded it to the Simulink by User-Defined-Function module. The real time dynamic simulating function of Simulink would be exerted adequately and the design, modification and adjust of the system model could be greatly simplified. The method of constructing manipulator control system model based on M-Function could be generalized to the other complicated control system and SimMechanics would make the n-links manipulator model conveniently and credibly. Key words: robotic manipulator; Matlab/Simulink; SimMechanics; simulation; robust adaptive control 引言 一个新的控制算法在付诸使用之前，无论从经济原因还是技术角度，都需要经过仿真阶段来测试控制系统的性能和缺陷。尤其对复杂系统控制的研究，虽然仿真并不能说明控制算法是绝对合理与可靠的，但随着仿真技术的发展，仿真的确是系统设计必不可少的中间步骤。 Matlab/Simulink以其强大的数学运算能力，方便实用的绘图功能及语言的高度集成性成为系统仿真和自动控制领域首选的计算机辅助设计工具。Simulink可以将可视化的模块很方便地组成系统模型的仿真框图，对于使用普通Simulink模块不易搭建的复杂控制系统，用Matlab语言编写M-Function或S-Function文件，通过User-Defined-Function 模块嵌入到Simulink仿真环境中，大大扩充了Simulink的功能。对于机器人这类的复杂控制系统，通过Simulink可以很方便的建立其仿真模型。 机器人控制系统仿真模型中不易采用普通Simulink模块搭建的部分是控制器模型和受控对象—机器人模型，可以采用Matlab语言编写M-Function实现控制器和机器人模型。 收稿日期：2005-05-09 修回日期：2005-08-02 作者简介：高道祥（1972-），男，山东蓬莱人，博士生，研究方向为机器人鲁棒自适应控制。薛定宇（1963-），男，辽宁沈阳人，教授，博导，研究方向为控制系统CAD，机器人控制。另外，由于SimMechanics提供了机构的仿真模块集，对于n自由度的连杆机器人，也可以采用SimMechanics模块进行组建。 1 n连杆机器人的仿真模型 如果不考虑摩擦力等外界干扰的作用，机器人的动力学方程可由下式描述， τ= + +) ( ) , ( ) (q G q q q C q q M (1) 式中，q q q , ,是1 × n向量，表示各个关节的位置，速度，加速度。) (q M是n n×阶对称正定的惯量矩阵。q q q C ) , (是1 × n向量，表示离心力和哥氏力项。) (q G是1 × n向量，表示重力项。τ表示外界输入的控制力矩。由式(1)可以看出，机器人的动力学模型是一个高度复杂，强耦合的非线性时变方程，尤其模型的复杂程度随着自由度的增加呈指数上升趋势。因此，在用Matlab/Simulink进行机器人控制系统的仿真研究时，需要寻求一种简单可靠却行之有效的方法建立机器人控制系统仿真模型。 采用M-Function定制的Simulink模块与普通模块一样具有输入和输出向量，控制器与机器人受控对象的仿真模型函数可用如下关系式描述， ) , , , , (0q q q q q f d d d = τ(2) ) , , (1τ q q f q =(3)

基于PLC的机械手臂控制系统设计

基于PLC机械手控制系统设计 摘要 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。 在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。 关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈

Abstract With the development of modern industrial technology, industrial automation technology is more and more high, the production conditions also tended to bad situation, the front-line workers skills also put forward higher requirements, and the operation safety of workers has also been a corresponding threat. The workers work environment and work content also requires ideal for some simple, reciprocating work by robot remote control or automatic completion is very important This can avoid some people can not contact with the human body damage, such as metallurgy, chemical, pharmaceutical, aerospace, etc.. In the mechanical manufacturing industry, the application of mechanical hand more, the development of faster. At present, it is mainly used in machine tools, forging press under the material and welding, painting and other operations, it can be in accordance with pre established operating procedures to complete the prescribed operation, and some also have with sensor feedback ability, can cope with external changes. Application of the manipulator, to improve the material transfer, workpiece loading and unloading, tool replacement and machine assembly automation, which can improve labor productivity, reduce production costs, accelerate the pace of industrial production mechanization and automation. This paper mainly discusses the design of manipulator control system based on PLC. First, the possible use of the programmable controller is related to the introduction, and then choose the design of the PLC model. Then, through the control mode of the manipulator and the realization way of each function, the realization scheme of each function and the equipment used in the design control system are determined. Finally, the software program and hardware structure of PLC control system are designed. Keywords: industrial; automation programmable controller ; manipulator； Remote control；sensor feedback

双关节机械臂自适应控制

第一部分：系统建模 一个带有未知负载的两关节平面机械臂结构如图1－1所示。第二个关节连同负载可视为一个整体，具有4个未知物理参数，分别为质量e m 、转动惯量e I 、质量中心距第二关节处的距离ce l ，质量中心与第2机械臂的夹角e δ。 机械臂的实际物理参数见表1－1。 第二部分：算法设计 J.E.Slotine 等提出了一种著名的机器人力臂自适应控制设计方法，该方法对后来机器人自适应控制的研究起了重要的作用。 2.1系统描述 双关节机械臂动力学方程可写为： τ=++)(),()(q G q q q C q q H （1.1） 其中q ＝[]T q q 21,][T 21τττ=。 2.2全局稳定的自适应控制器 设计控制律如下： q K q K q G q q q C q H D p d d ~~)(?),(??--++=τ （1.2）

其中p K 为对称正定距阵；D K 为正定距阵；H ?,C ?,G ?为H ，C ，G 的估计距阵。 考虑李雅普诺夫函数 )~~~~~)(~(2 1)(q K q a a q q H q t V p T T T +Γ+= （1.3） 其中a 是一个m 维的向量，包括未知的机械臂参数和负载的参数， a ?是a 的估计值；)()()(~t q t q t q d -=表示跟踪误差；a t a t a -=)(?)(~表示估计参数误差的向量。 对V 求导数，得 q K q a a q q H q q q H q t V p T T ~~~~~)(~2 1~)(~)(+Γ++= q K q a a q C C H q q H q G q q q C q p T T T d T ~~~~~])2(2 1[~))(),((~ +Γ++-+---=τ a a q K q G q q q C q H q T p d d ~~]~)(),([~Γ++---=τ 利用机器人的斜对称特性消去q C H q T ~)2(~2 1-项。将控制律式代入上式，得 a a q K q G q q q C q H q t V T D d d T ~~]~)(~),(~~[~)(Γ+-++= 其中)()(?)(~q H q H q H -=，),(),(?),(~ q q C q q C q q C -=，)()(?)(q G q G q G -= 根据机器人的线型特性，有 a Y q G q q q C q q H d d ~)(~),(~)(~=++ （1.4） 其中),,,(d d q q q q Y Y =是一个m n ?阶的距阵，则 ]~~[~~~)(q Y a a q K q t V T T D T +Γ+-= 通过采用自适应律，使0~~=+Γq Y a T ，即自适应律设计为 q q q q q Y a d d T ~),,,(?1-Γ-= 其中未知参数向量a 是常数向量，a a ~?=，则

基于STM32的机械臂运动控制分析设计说明书

机器人测控技术 大作业课程设计 课程设计名称：基于STM32的机械臂运动控制分析设计专业班级：自动1302 学生姓名：张鹏涛 学号：201323020219 指导教师：曹毅 课程设计时间：2016-4-28～2016-5-16 指导教师意见： 成绩: 签名：年月日 目录

摘要................................................................................................................. V 第一章运动模型建立...................................................................................... V I 1.1引言 ................................................................................................ V I 1.2机器人运动学模型的建立.................................................................. V I 1.2.1运动学正解 ......................................................................... VIII 第二章机械臂控制系统的总体方案设计 .......................................................... X 2.1机械臂的机械结构设计 ...................................................................... X 2.1.1臂部结构设计原则 ................................................................. X 2.1.2机械臂自由度的确定............................................................. XI 2.2机械臂关节控制的总体方案 .............................................................. XI 2.2.1机械臂控制器类型的确定...................................................... XI 2.2.2机械臂控制系统结构............................................................ XII 2.2.3关节控制系统的控制策略.................................................... XIII 第三章机械臂控制系统硬件设计.................................................................. XIII 3.1机械臂控制系统概述....................................................................... XIII 3.2微处理器选型................................................................................. XIV 3.3主控制模块设计.............................................................................. XV 3.3.1电源电路............................................................................. XV 3.3.2复位电路............................................................................ XVI 3.3.3时钟电路............................................................................ XVI 3.3.4 JTAG调试电路.................................................................. X VII 3.4驱动模块设计................................................................................. X VII

6自由度机械臂控制系统设计(软件)本科本科毕业论文

本科毕业论文（设计） ( 2014 届) 6自由度机械臂控制系统设计（软件）院系电子信息工程学院专业电子信息工程 姓名许克伟 指导教师范程华讲师 2014年4月

摘要 本文设计了一种以STC89C52单片机为主控元件的六自由度机械臂抓取系统。文中给出了系统的硬件设计方案以及各个功能原理图，同时给出了软件系统设计方法。系统实现了自动寻找目标并自动实施抓取目标且可通过PC上位机实时显示和控制机械手臂的功能，并能实现自动探测手臂与目标之间距离。在设计时，由于需要测量的距离范围从几厘米到几十厘米，针对超声波在传播时振幅呈指数衰减的特性，为了最大限度地提高驱动能力，采用对回波进行多级放大，以达到了设计要求，由于各个模块供电要求不同，电源电路模块通过稳压芯片输出7.2V、5V和3.3V电压。软件主要分为超声波距离测量模块和无线通信模块、数据处理模块这三大模块。软件的这种“自顶向下”的模块化软件编程方法，能使软件的结构更清晰，并有利于软件的调试和修改。经过调试，达到能够实现自动抓取目标和手动控制抓取目标功能。 关键词：超声波；VB上位机；六自由度机械手臂；STC89C52

This paper designs a mechanical arm whose main control component is STC89C52 single-chip microcomputer and based on the six degrees of freedom to control scraping system. Hardware design scheme of the system and each functional machine schematic diagram are also given in this paper , software program design method is given at the same time, the system realizes the automatic searching target and the implementation of automatic grab and real-time display by PC ,and realizes the function of controlling mechanical arm, and can realize to automatically detect the distance between the arm and target, then implement real-time display on the upper machine. .When designing, due to the distance need to measure ranges from several centimeters to tens of centimeters, aiming at the characteristics of ultrasonic wave amplitude decay exponentially in transmission, in order to develop the drive ability maximally, the echo multistage amplifier is be adopted. Due to the different requirements for each module power supply, in order to achieve the design requirements, power supply circuit module output voltage 7.2V, 5V and 3.3V through the voltage regulator chip. The software is mainly divided into three modules : the ultrasonic distance measuring module and wireless communication module, data processing module. The "top-down" modular software programming method of software can make the software structure more clearly, and benefit in the debugging and modification of software. After debugging, it can realize the function of grabbing the target though automatically add manually control. Key words: Ultrasonic wave;VB;Six degrees of freedom robotic arm;STC89C52