基于某STM32的机械臂运动控制分析报告设计

格式：doc
大小：2.39 MB
文档页数：25

下载文档原格式

基于STM32的机械手臂控制系统设计

ｉ
图２．１机械臂控制系统结构
该系统是通过计算机的事先的编程之后，通过数据传输下载到ｓｔｍ３２当中通过控ｆｌｉＪ￣ｓｔｍ３２的定时器产生多路的ＰＷＭ波。舵机就会依据给定的ＰＷＭ波完成相应的运动轨迹或按照预定的计划完成任务。２．３机械臂的臂部设计因为机械臂主要是由臂部组成，所以在进行臂部设计时应当着重注意以下几点：（１）手臂在机械臂中起着重要的作用：它不光可以让物体进行移动而且还能进行一些操作。（２）因为机械臂的臂部在运动中有很大负担，为了减小手臂的负担，需要将手臂的截面形状做的更加合理。在进行了各种截面对弯曲度的承受力的实验后发现，在相同力的情况下，工字型的截面能承受的力最大，因此我选择使用工字型截面做手臂的截面。（３）因为机械臂在直线运动中可能会发生突然的方向转换，因此，为了防止机械臂的硬件损耗过大，需要采用一些装置来保护机械臂。同时要采用一定形式的缓冲措施。（４）为了减少臂部在运动时会产生较大的转动惯量，需要将臂部的重量减少，以免在运动中产生较大的误差，从而影响机械臂的整体运作，加快机械臂的运行速度。经过对预期任务的特点和类型分析，该设计需要机械臂具有较高的灵活性和流畅性，因此在多次的比较和分析后，决定使用多关节型机械臂。它不仅可以灵活的完成预定任务，而且可以有更大的运动空间。２．４机械臂自由度选择通常将机械臂是由几个传动结构组成的就称为几自由度。例如人类的自由度高达２７个，而手臂部分的自由度一般为６自由度。所以仿照人类的特性，机械臂的自由度应当选为６自由度，这样既符合了身体力学并且动力传输效率也很高。为了更加流畅的完成抓取物体，并将物体移动到指定的位置，需要采用６自由度。而６自由度的机械臂的控制较为繁琐，所以工业和生活中机械臂的自由度多少于６个。２．５机械臂控制器类型控制器的主要任务就是按照预先设计的程序进行相应的任务，它是机械臂中十分重要的组件。机械臂的控制器就相当于电脑中的处理器，只有处理器越好，电脑的运行速度和处理速度才会越快。对于机械臂来说也一样，只有控制器越好，才能更加精准快速的进行控制。从控制器的数量和机械臂的控制方式可分为以下几种：单

基于STM的机械臂运动控制分析设计

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：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 (II)第一章运动模型建立................................................................................................ I II1.1引言 ............................................................................................................... I II1.2机器人运动学模型的建立 ............................................................................. I II (IV)第二章机械臂控制系统的总体方案设计 (V)2.1机械臂的机械结构设计 (V)V错误！未定义书签。

2.2机械臂关节控制的总体方案 (VI)2.2.1机械臂控制器类型的确定 (VI)2.2.2机械臂控制系统结构 (VII)2.2.3关节控制系统的控制策略 (VII)第三章机械臂控制系统硬件设计 (VII)3.1机械臂控制系统概述 (VII)3.2微处理器选型 .............................................................................................. V III3.3主控制模块设计 .......................................................................................... V III错误！未定义书签。

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目录摘要 (V)第一章运动模型建立...................................................................................... V I1.1引言 ................................................................................................ V I1.2机器人运动学模型的建立.................................................................. V I1.2.1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 VII3.4驱动模块设计................................................................................. X VII3.5电源模块设计.................................................................................. X IX 第四章机械臂控制系统软件设计................................................................... X X4.1初始化模块设计............................................................................... X X4.1.1系统时钟控制....................................................................... X X4.1.2 SysTick定时器 (XXII)4.1.3 TIM定时器 (XXIII)4.1.4通用输入输出接口GPIO (XXIV)4.1.5超声波传感器模块 (XXV)总结 (XXVI)参考文献 (XXVII)附录A ......................................................................................................... X XIX 附录B . (XXX)设计要求：设计一个两连杆机械臂，具体参数自行设计，建立其运动学模型，然后在此基础上完成该机械臂两点间的路径规划，并给出仿真结果。

基于STM32的四自由度机械手臂设计

由于OV7670的像素时钟频率很高，故不是用单片机直接抓取的，而是用FIFO暂存数据，以节省CPU资源。
2. 硬件搭建

关于机械手及舵机
舵机采用较为廉价的MG995，机械结构由购买的散件组装而成。最初采用6自由度结构，但在后期调试过程中改为4自由度，将一个舵机改用力矩更大、精度更高的数字舵机。
S3
Value = servo_6[0][0]*s1/sum+servo_6[0][1]*s2/sum +servo_6[1][0]*s3/sum+servo_6[1][1]*s4/sum C(y)(x) = C(1,1) 映射关系如下 [0][0] = [y-1][x-1] [1][0] = [y][x-1] [0][1] = [y-1][x] [1][1] = [y][x]
关于16个标准区域的各舵机参数测量
void Change_Angle(u8 num_Sm,u16 value);
void Add_Angle(u8 num_Sm);
void Dec_Angle(u8 num_Sm); void Read_Angle(u8 num_Sm);
通过上位机想单片机发送以上四个函数，人工引导机械手抓取各区域正中间的物体，然后读取各舵机参数并建立数组
当四邻域中心确定时，四邻域在“表中的位置”就可确定
3. 算法简介
（a,b）
S1
S2
四邻域中心点的确定方法
借鉴十进制中“四舍五入”的思想，根据目标中心坐标P(m,n) C（x,y）通过“12舍13入”的方法计算C(x,y)
y = (m+12)/25;
a = m-12; l1 = x*25-1-b+1 l3 = y*25-1-a+1 S1

基于STM32的机械手运动控制器的实现

ｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｏｐｅｎｎｅｓｓａｎｄｍｏｄｕｌａｉｔｒｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｍｕｈｉｐｌｅｓｅｒｖｏｍｏｔｏｓｃｒｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｂｙＣＡＮｂｕｓｗａｓｐｏｖｒｉｄｅｄ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔｇｒｅａｔｌｙｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｉｃｆｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｓｔａｂｌｅａｎｄｒｅｌｉｂｌａｅ，ａｎｄｉｔｈａｓｐｒａｃｔｉｃａｌｇｕｉｄａｎｃｅｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅｔｏｉｎｄｕｓｔｉａｒｌｃｏｎｔｒｏｌｉｆｅｌｄ．
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＮｉｎｇｂｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ３１５２１１，Ｃｈｉｎａ）

STM32智能包裹分类机器手臂控制系统设计

STM32智能包裹分类机器手臂控制系统设计金兆东;孟祥斌;毛红艳;王德君【期刊名称】《电脑知识与技术》【年(卷),期】2015(011)027【摘要】针对传统快递仓储依靠人工手持条码识别器分类效率不高的问题,采用MJ-2060 CCD条码扫描识别模块,利用串行调试进行扫描码信息量的读取和传递.使用STM32微处理器作为主控器,接收扫描信号后,控制机械手臂抓取、上下提升,并运送货品到指定区域.实验仿真及实测结果显示,该设计分类机器手臂装置可以准确地进行分类和传送,是一种性能可靠的智能包裹分类设备.%Handheld bar code reader for express delivery, warehousing rely on traditional artificial classification efficien?cy is not high, the MJ- 2060 CCD barcode scanning recognition module, using serial debugging to scan code reading and transmission of information. As the host controller based on STM32, after receiving scanning signal, control robotic arm grab, ascending, up and down and deliver goods to the designated region. The experimental simulation and mea?sured results show that the design classification machine arm device can accurately category and transmission, is a kind of reliable performance of the intelligent parcel sorting device.【总页数】3页(P145-146,158)【作者】金兆东;孟祥斌;毛红艳;王德君【作者单位】沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳 110136;沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳 110136;沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳 110136;沈阳工程学院自动化学院,辽宁沈阳 110136【正文语种】中文【中图分类】TP273【相关文献】1.基于STM32控制器的智能黑板擦系统设计 [J], 吕晓彬;王志凌;梁贵龙;魏灵峰2.基于STM32的机械手臂控制系统设计 [J], 钟晓青;林智;和青芳3.基于STM32F103控制器的智能循迹小车系统设计 [J], 万兵;汪地;史烨桦4.基于STM32F103 ARM芯片的智能吸尘器控制系统设计 [J], 卢运5.基于STM32的脉冲激光器智能控制系统设计 [J], 苏锐;郭欢;范一松;彭方;郭强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于STM32的无线同步机械臂的设计

Ｖｏ１．２８．Ｎｏ．４Ｊｕ１．。２０１５
基于ＳＴＭ３２的无线同步机械臂的设计
杜金浩，张兴瑞，赵亚凤
（东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１５００４０）
摘
要：针对社会对残疾人问题和高危领域作业工人的关注，设计出一款可移动型四自由度无线同步机械手臂该装置以ＳＴＭ３２为控制器，将人类灵巧的手臂行为检测量化为一组可以处理的数据并通过无线发送到执行端，模仿人类手臂动作。使人们不需要移 ห้องสมุดไป่ตู้ 就可以根据自己当时的想法进
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｉｚｎａｉｏｔｎ；ｓｉｍｕｌａｔｅ；ｆｏｕｒ —ＤｏＦｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｒｌｎ；ＳＴＭ３２
行远程操作和取物。由于此机械手臂的同步性，可移动性，使得残疾人在取物时更加灵活方便，高危作业时操作更加精准安全，比起普通机械手臂，用处更加广泛。关键词：同步：仿生：四自由度机械手臂；ＳＴＭ３２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｃｅｎｒｆｏｒｓｏｃｉｌａｉｓｓｕｅｓｏｒｆｄｉｓａｂｌｅｄｐｅｏｐｌｅａｎｄａｔ —ｒｉｓｋａｒｅａｓｏｆｅｘｐｏｓｅｄｗｏｒｋｅｓ。ｄｒｅｓｉｇｎｅｄａｆｏｕｒ — ＤＯＦ，ｍｏｖａｂｌｅａｎｄｓｙｎｃｈｒｏ—

基于STM32的机械臂运动控制分析设计

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.............................................................................................................................. I V第一章运动模型建立 (V)1.1引言 (V)1.2机器人运动学模型的建立 (V)1.2.1运动学正解 (VII)第二章机械臂控制系统的总体方案设计 (VIII)2.1机械臂的机械结构设计 (VIII)2.1.1臂部结构设计原则 (VIII)2.1.2机械臂自由度的确定..................................................................... I X2.2机械臂关节控制的总体方案...................................................................... I X2.2.1机械臂控制器类型的确定............................................................. I X2.2.2机械臂控制系统结构 (X)2.2.3关节控制系统的控制策略 (X)第三章机械臂控制系统硬件设计............................................................................ X I3.1机械臂控制系统概述.................................................................................. X I3.2微处理器选型 (XII)3.3主控制模块设计 (XII)3.3.1电源电路 (XII)3.3.2复位电路 (XIII)3.3.3时钟电路 (XIII)3.3.4 JTAG调试电路 ........................................................................... X IV3.4驱动模块设计 (XV)3.5电源模块设计........................................................................................... X VI 第四章机械臂控制系统软件设计 (XVII)4.1初始化模块设计 (XVII)4.1.1系统时钟控制 (XVII)4.1.2 SysTick定时器 (XVIII)4.1.3 TIM定时器 ................................................................................. X IX4.1.4通用输入输出接口GPIO (XX)4.1.5超声波传感器模块 (XX)总结 (XXII)参考文献 (XXIII)附录A (XXIV)附录B (XXV)设计要求：设计一个两连杆机械臂，具体参数自行设计，建立其运动学模型，然后在此基础上完成该机械臂两点间的路径规划，并给出仿真结果。

基于STM32的多自由度机械臂设计

ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＷＯＲＬＤ ·
基于ＳＴＭ３２孙在尚
【摘要】随着科技的不断进步，机械臂特别是仿人型机械臂的发展非常迅速。其在人们的日常生活、生产中扮演着不可或缺的角色。鉴于我国机械仿生臂技术以及控制方法较西方国家落后，目前自主研发的机械臂在使用方便性以及精度上都不尽如人意。在市场上很难占有一席之地为了打破西方国家在这一领域，特别是高端领域的垄断，许多国人开始关注自主研发的机械臂。对于仿人型机械臂及其控制系统的研究还是有深远的意义的。为了能高效稳定地控制机械臂，本设计使用了数字式六轴陀螺仪协同作业；上位控制系统使用ＡＲＭ微处理器—— ＳＴＭ３２Ｆ１０３芯片，用以实现机械臂的基本动作的控制封装，包括定位算法以及运动控制等；它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时
制关系是这样的：０．５ｍｓ… …… …一０度：
１．０ｍｓ… …… …４５度；１．５ｍｓ… …… …９０度；
２．０ｍｓ… …一～１３５度：２．５ｍｓ… …… 一１８０度；１．２陀螺仪的控制陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。根据原理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。对于高速旋转的物体的旋转轴，对于改变其方向的外力作用有

基于STM32的协作机器人机械臂控制系统设计

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新·27·2017年第10期文章编号：2095－6835（2017）10－0027－02基于STM32的协作机器人机械臂控制系统设计李以聪，戴福全，肖明伟，陈剑枰，陈志伟，吴国安（福建工程学院，福建福州350100）摘要：目前，针对协作机器人的柔顺控制、零力控制问题，提出了一种基于以ST 公司的STM32为微控制器的协作机器人机械臂控制系统。

该系统采用数字PID 闭环算法改善机械臂的柔顺运动，增强其稳定、可靠性能，并加上力矩传感器或电流检测电路感知外界的力矩变换情况，补偿机械臂的自重，实现零力控制，为机器人的快速示教奠定基础。

实验结果表明，将STM32系列微控制器作为主控制器具有可行性，可以应用于协作机器人的机械臂控制系统中，且具有广阔的应用前景，并最终将其运用于实际工业生产加工中。

关键词：机械臂；协作机器人；PID ；STM32中图分类号：TP242文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2017.10.027一直以来，控制器都是机器人控制系统的核心，但是，国外相关产业公司对我国实行严厉的保密措施。

随着微处理器行业的快速发展，市面上陆续出现了高性能、高性价比的32位微处理器，它们的性能能够满足机械臂对控制器的运算需求。

针对目前协作机器人控制系统资源匮乏，价格昂贵且工作不稳定等问题，提出了一种改进设计，以满足中小企业对机械臂的控制需求。

在设计该控制系统时，首先提出了电机的硬件驱动电路设计方案。

主控芯片采用一种抗干扰能力比较强、运算速度快、价格合理的STM32微控制器，相比现在广泛使用的电机控制的DSP ，STM32成本比较低，自带能产生电机控制所必须的PWM 输出的TIM ，且外围电路较为简单，适用于机械臂的电机控制。

接着分析机械臂电机伺服控制所需要的PID 位置环算法，最后通过实物样机试验机械臂的运动柔顺度，通过Matlab 进行电机旋转位置的数据拟合，得出响应曲线，并最终证实了该设计方案的可行性。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

（1）
其中：
得到各连杆之间的变换矩阵
（2）
（3）
（4）
式中：s1,s2,s3,s4;c1,c2,cs3,c4分别表示sinθ1,sinθ2,sinθ3,sinθ4; cosθ1, cosθ2, cosθ3, cosθ4以下同。由矩阵(1）可知：连杆变换依赖于四个参数和，其中只有一个参数是变化的，对于本文所研究的机器人，显然只有为变量，其余三个参数为常量。
图3.1 STM32
3.3
该设计的主控制模块的硬件系统包括电源电路、复位电路、系统时钟电路以及JTAG调试电路四大组成部分。
3.3.1
在硬件电路的设计中，电源模块的设计是非常重要的，如果不能妥善处理，不但会使电路不能正常工作，严重的还可能烧毁电路。因此，在设计电源时务必要注意如下几点：
（1）交流输入和直流输出尽可能保持更大的距离；
关键词：四自由度机械臂，STM32，运动模型，脉冲宽度调制
第1章
1.1
机器人运动学描述了机器人关节与组成机器人的各刚体之间的运动关系。机器人在工作时，要通过空间中一系列的点组成的三维空间点域，这一系列空间点构成了机器人的工作范围，此工作范围可通过运动学正解求得。此外，根据机器人末端执行器的位置和姿态要求，通过运动学逆解求得各个关节转角，可以实现对机器人进行运动分析、离线编程、轨迹规划等工作。
机器人控制的目的就在于它能快速确定位置，这使得机器人的运动学正逆解问题变得更为重要。只有计算与运动学正逆解问题相关的变换关系在尽可能短时间内完成，才能达到快速准确的目的。在运动学方程正解过程中，只体现在矩阵相乘关系上，相对简单。
1.2
本文所研究的机器人由四个旋转关节和四个连杆组成，故为四自由度机器人，如图1.1所示。
2.1.2
机械臂的自由度是一个非常重要的参数，取决于机械臂的类型及其结构，并且在很大程度上直接决定到机械臂能否完成预定的任务。
一般来说是根据机械臂的用途来设计机械臂的自由度。自由度越多的机械臂，具有更大的运动的灵活性，通用性也越强，但结构较复杂，难以实现。
所设计的搬运机械臂采用四个自由度就可以完成设定的搬运任务。其中机械臂的手臂的旋转关节包括腰关节、肩关节、肘关节和腕关节四个关节以及末端手爪的开合。
（2）地线要足够粗，单点和多点相结合，同时分离模拟地和数字地；
（3）散热要好，布局应合适；
图3.2电源电路图
如上图所示，开发板由7.2V接口供电。板上的电源转换芯片将7.2V接口输入的7.2V电源转换成5V的电源，然后转换成3.3V给处理器和相关外围电路供电。
3.3.2
图3.3复位电路图
如上图所示，B1为整个板的复位按钮，当按钮被按下时，STM32处理器、TFT彩屏等都将复位。
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:Βιβλιοθήκη 签名：年月日设计要求：
设计一个两连杆机械臂，具体参数自行设计，建立其运动学模型，然后在此基础上完成该机械臂两点间的路径规划，并给出仿真结果。
（1）单CPU集中控制方式：单CPU集中控制系统必须是一个强大的控制系统，它的全部控制功能是用一台功能强大的计算机实现的。Hero-Ⅰ、Robot-Ⅰ等这些时代较早的机器人采用的就是这种单CPU集中控制方式的结构，但由于在控制的过程中需要进行大量的计算，因此这种控制方式的控制速度一般比较慢。
（2）多CPU分布式控制方式：多CPU分布式控制系统的最大特点就是一个CPU负责控制一个关节轴，同时在上位机与单轴控制的CPU之间设计了一个并行接口，其主要负责上、下位机的通信，从而保证了数据的可靠传输。
该关节控制系统的主要特点如下：
（1）使用以Contex-M3为内核的STM32F103ZET6作为系统的微控制器，与传统的51单片机相比起来，具有功耗小，运算能力大大增强的优点。
（2）采用直流伺服电机驱动机械臂的各个关节，根据STM32微控制器输出的PWM控制信号的占空比来确定直流电动机的转速和转向，控制起来简单，准确。
驱动模块：负责机械臂各个关节的驱动，由舵机组成。
电源模块：机械臂控制系统采用双电源供电模式，STM32单片机经过AMS1117-3.3V稳压芯片供电，舵机驱动模块采用7.2V可充电电池经LM2596 DC-DC可调降压模块实现供电。
3.2
微控制器作为机械臂运动控制系统的核心，如下几个方面为重点进行微控制器的选择：
图3.5 SWD调试电路图
通过SWD接口，我们可以烧录和调试程序，开发板的JTAG接口的硬件连接如上图所示，可以与目前主流的JLINK V8仿真器配合使用。
3.4
通常对机械臂的驱动系统的要求有：
（1）驱动系统的质量不应太重，效率也应较高；
（2）响应速度快；
（3）动作灵活，位移偏差以及速度偏差均较小；
（2）导向性要好。为了避免机械臂在运动过程中发生不必要的相对运动，臂杆最好设计成方形或是花键等形式。
（3）偏重力矩要小。要尽可能减小机械臂运动部分的质量。
该设计根据机械臂的功能及搬运工作的任务的特点以及类型，为了使其在一定程度上具有操作的灵活性和运行性能的良好，经过多次的比较、讨论后，该设计选用多关节型的机械臂，它不仅具有动作的角度大的优点，还可以使机械臂在更大的空间内的运动。
2.2.3
本课题设计的机械臂关节控制系统以STM32微处理器为核心，对直流伺服电机（舵机）进行较为精确的运动控制。
关节控制系统的工作原理是：STM32微处理器内部的PWM单元产生PWM信号，驱动直流伺服电机旋转。电机驱动舵机内部的齿轮组，其输出端带动一个线性的比例电位器作为位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或者反向的转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲最终趋于为0，从而达到使伺服电机的精确定位[17]。
设计完成上述目标的控制系统，控制器可以自行选择（单片机，ARM，DSP，PLC等），其他硬件部分根据系统所需要完成的功能自行选择，基本要求要体现系统的输入，输出信号和人机交互界面，画出整个系统的硬件结构（电路模块，驱动模块，控制模块等）和软件部分。
摘要
由于机械臂在各行各业中得到了愈来愈广泛的应用，机械臂控制的多样化、复杂化的需要也随之日趋增多。作为当今科技领域研究的一个热点，提高机械臂的控制精度、稳定性、操作灵活性对于提高其应用水平有着十分重要的意义。
图1.1
用齐次坐标来描述机器人各连杆相对于参考坐标系的空间几何关系；用4×4的齐次变换矩阵来描述相邻两杆的空间几何关系；从而推导出机器人手爪坐标系相对于参考坐标系的空间位姿关系，利用该法得到的D-H参数如表1所示。
图1.2机器人连杆坐标系
表1机器人连杆的D-H参数
连杆变换表示连杆坐标系{i}相对于{i-1}的变换，根据连杆变换的通式:
机械臂的结构形式必须基于其运动形式、动作自由度、抓取质量、受力情况和其他的因素来确定，整个系统的总质量比较大，受力也比较复杂，其运动部件的质量直接影响到机械臂的刚度和强度。所以，进行手臂的设计时，一般应注意下述要求：
（1）刚度要大。为了避免机械臂在运动过程中发生较大的形变，要合理选择手臂的截面形状。
2.2
2.2.1
作为机械臂的心脏，机械臂控制器是根据程序指令和从传感器获得的传感信息来控制机械臂完成事先预定的动作或任务的装置，控制器的性能决定了机械臂控制性能的好坏。从计算机结构、控制方式方面来划分，机械臂控制器大约可分为3种：单CPU集中控制方式、多CPU分布式控制方式、二级CPU主从式控制方式。
与图1所示机器人手爪的位姿完全一致，表明所得结果正确。这样只要知道关节变量θ1,θ2,θ3和,θ4的值，就可以完全确定机器人手爪的位置和姿态。
第2章
2.1
2.1.1
作为机械臂的一个重要组成部分，手臂不仅起到支撑被抓物体、手爪和其他关节的作用，而且还可以驱动手爪抓取物体，并根据事先预定的位置将物体搬运到指定地点。
经过仔细的分析和研究之后，我选择的是STM32单片机进行控制，而自由臂选择工业中常见的四自由臂进行设计和建模分析，运动的控制选用舵机进行控制。
首先根据机械臂系统的控制要求，整体上设计出单CPU的系统控制方案，即通过控制主控制器输出的PWM波的占空比实现对舵机转动的控制，进而实现各个关节的位置控制。在硬件方面，主要论述了如何以ARM微处理器STM32F103ZET6、MG995舵机为主要器件，通过搭建硬件平台和设计软件控制程序构建关节运动控制系统。然后按照结构化设计的思想，依次对以上各部分的原理和设计方法进行了分析和探讨，给出了实际的原理图和电路图。在软件设计方面，按照模块化的设计思想将控制程序分为初始化模块和运行模块，并分别对各个模块的程序进行设计。
3.3.3
STM32的VBAT的供电是由外部电源完成的，在有外部电源（VCC3.3）的情况下，VBAT供电而由外部电源实现供电。但是，当外部电源断开的情况下，RTC的走时以及后备寄存器的内容就会丢失。相关电路如下：
图3.4时钟电路图
3.3.4 JTAG
软件程序的编写通常是需要多次的修改才适用的，因此一些比较先进的调试手段便应运而生。JTAG仿真调试手段作为其中的一种，是由ARM公司提出的。本设计采用占用IO口资源少的SWD调试，只需JTAG仿真器上的4根线就能完成，如下图所示：
★系统时钟速度
★运算速度
★功能
★电机控制方式
★ROM及ROM的大小
★控制板的结构尺寸
经过反复比较，本设计采用意法半导体公司的STM32处理器，如图3.1所示。STM32F103ZET6是基于32位ARM Cortex-M3内核的微处理器，不但支持实时仿真，而且嵌入了512KB的高速闪存。CPU的最高工作频率为72MHz，支持Thumb-2。