家庭服务机器人的机械臂控制研究毕业论文

学校代码学号本科学年论文（设计）学院、系专业名称年级学生姓名指导教师20年9月日目录摘要 (4)Abstract (5)第一章：绪论 (6)1.1 机械臂的发展史 (6)1.2 国内外发展状况 (6)1.3 课题研究背景 (7)第二章系统整体设计思路 (7)2．1 整体设计概述 (7)2．2 单片机简介 (7)2．3 系统硬件系统设计 (8)2.3.1 电路总框架图 (8)2.3.2 硬件电路概括 (8)2.3.2.1 单片机电路 (8)2.3.2.2 稳压电路............................. (9)2.3.2.3 舵机驱动电路 (9)2.3.2.4 传感器电路 (10)2．4 系统软件系统设计 (10)2.4.1 编程思想 (10)2.4.2 程序流程图 (11)2.4.3 程序及注释 (12)第三章PCB设计 (19)3．1 PCB设计过程 (19)3．2 零件布局 (20)3．3 布线 (21)3．4 放置敷铜 (19)3. 5 PCB电路图 (21)第四章：设计过程问题分析 (22)第五章：总结 (23)致谢 (23)参考文献 (24)基于C8051F310单片机的机械臂的设计摘要：随着时代的进步，机械臂技术的应用已越来越普及，已逐渐渗透到军事、航天、医疗、日常生活及教育娱乐等各个领域。

慢慢取代了人类的劳动，尤其是代替人到不能或不适宜去的、有危险等的环境中。

一个完整的机械臂系统主要包括机械、硬件和软件等部分。

设计时需要考虑结构设计、控制系统设计、运动学分析等部分，对于整个研发工作，需要把各个部分紧密联系，互相协调设计。

本文旨在介绍2010-2011学年论文—机械臂的设计方案。

通过C8051F310单片机对五路舵机的分别控制，实现具有五个自由度的机械臂的功能，该机械臂具有灵活、稳定、反应快速、用途广等优点。

关键词：机械臂，单片机，自由度Based on C8051F310 SCM design of mechanical armAuthor:Tutor:AbstractWith the progress of The Times, the application of mechanical arm technology has become more and more popular, already permeates gradually to military and aerospace, medical treatment, the daily life and the education entertainment, and other fields. Slowly replaced human labor, especially instead of people to be or not to go, is dangerous for the environment.A complete mechanical arm the system includes machinery, hardware and software, and other parts. The design consideration of the need when structure design, control system design, kinematics analysis, for the whole of research and development work of each part, need to close contact each other, coordinate design. This paper aims to introduce the 2010 2011 academic year paper design scheme of mechanical arm. Through the C8051F310 microcontroller to five road of steering gear control to realize respectively with five of the freedom of the function of the mechanical arm, the mechanical arm with flexible, stable and quick response, wide application, etc.Keywords: Mechanical arm, SCM, degrees of freedom第一章绪论1.1 机械臂的发展史随着社会分工的细化，从事简单重复工作的人们强烈渴望有某种能代替自己工作的机械臂出现，1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。

机械臂控制技术的研究与开发机械臂是一种能够执行多种任务的通用性工具，能够模仿人手的自由运动，执行各种操作。

但机械臂的控制技术也相应变得更加复杂。

本文将讨论机械臂控制技术的研究与开发。

一、机械臂的结构机械臂主要有运动部件、控制器、传感器和接口等组成部分。

其中运动部件包括臂、肘关节、腕关节、爪等，控制器负责机械臂的运动，传感器用于检测机械臂的位置和工件的状态，接口可以为机械臂提供电信号和电气信号。

二、机械臂的控制方法机械臂的控制方法主要有两种，即基于位置的控制和基于力的控制。

基于位置的控制主要是通过约束机械臂的轨迹，使机械臂运行到指定的点位。

而基于力的控制则是根据所需的反作用力和精度要求，在机械臂末端执行器上实时调整力。

三、机械臂控制技术的研究方向1. 视觉导航技术机械臂的视觉导航是将计算机视觉技术与机械臂智能控制相结合，能够在运动中自动感知周围环境，调整机械臂的运动轨迹，以满足特定的需求。

机器视觉技术本质上是通过足够的交互操作来提取环境信息和工件图片等。

2. 新型控制算法新型控制算法可以有效提高机械臂控制的稳定性和精度。

例如，基于强化学习的逆向动力学控制可以通过学习手头任务的反向环境等方式提高机械臂控制的精度和稳定性。

3. 新型机械臂机构构设计机械臂机构的设计需要在强度、精度和成本等方面进行平衡。

机械臂的传感器也需要支持高精度检测、高速度检测、多方向检测等不同应用的需求。

机械臂的机构设计也必须支持装配和维护，当然，若这并不合适，机器人工程师可以用机器人零件商店来购买机器人组件。

四、机械臂控制技术的应用机械臂控制技术在许多领域都有着重要的应用，如生产制造、医疗护理、搬运储运、安全检测、航空航天等领域。

例如，在医疗护理领域中，机械臂可以作为手术助理，提高手术质量和效率，并减少人工操作的风险。

总的来说，机械臂作为一种通用的工业自动化设备，可用于各种领域，包括生产、医疗和储运等领域。

机械臂的发展和进步离不开控制技术的不断提高。

基于STM32的机械臂驱动系统设计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。

本课题主要对四自由度机械臂控制系统进行了研究与设计。

作为运动控制系统的一种，该控制系统主要面向底层，力争开发出一套稳定性高，可靠性强并且定位准确的工业机械臂系统。

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、MG945舵机、超声波传感器和电源模块为主要器件，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。

实验表明，该机械臂控制系统不仅具有很好的控制精度，还具有很好的稳定性、准确性，而且在很大程度上改善了定位精度。

关键词：四自由度机械臂，STM32，Cortex-M3，脉冲宽度调制the Design of Manipulator Drive System Based on STM32AbstractIn recent years, robot arm is widely used in industry control, special robot, medical device and home service robots. Research of robot arm control system is a focus in robot area. It is meaningful to increase the performance in accuracy, stability and feasibility.This paper is the research and design about a control system based on a four degrees freedom’s design. And, we strive to develop a high stability, reliability and accurate control system.Firstly, according to the control requirements of the robotic system, the overall design of the system control program is based on a single CPU. Turn the steering control to achieve the control of the duty cycle of the PWM wave output by the main controller, so as to realize the position control of each joint. In terms of hardware, the paper mainly discusses how to use the ARM microprocessor STM32F103ZET6, MG995 Servo, MG945 servos, ultrasonic sensors and power supply module as the main components, build a joint motion control system by building hardware platforms and software control program. Then follow the structured design ideas, principles and design methods sequentially over each part is analyzed and discussed, and then give the actual schematic or circuit diagram. In software design, the control program is divided into the run modules and the initialization module and design program of each module separately.Control system experiments show that the system can significantly improve the precision of control, and improve system stability, accuracy, so that the positioning accuracy of the robot arm has been greatly improved and enhanced.Key Words: Four Degrees Freedom Robot, STM32, Cortex-M3, Pulse Width Modulation目录1绪论 (1)1.1机械臂概述 (1)1.1.1机械臂研究的意义 (1)1.1.2国内外机械臂的研究现状及发展趋势 (1)1.1.3机械臂的分类 (2)1.2机械臂控制的研究内容 (4)1.2.1机械臂的驱动方式 (4)1.2.2机械臂的机械结构 (4)1.2.3机械臂的控制器 (5)1.2.4机械臂的控制算法 (5)1.3嵌入式系统简介 (5)1.4本文的主要工作 (6)2机械臂控制系统的总体方案设计 (7)2.1机械臂的机械结构设计 (7)2.1.1臂部结构设计原则 (7)2.1.2机械臂自由度的确定 (7)2.2工作对象简介 (7)2.3机械臂关节控制的总体方案 (8)2.3.1机械臂控制器类型的确定 (8)2.3.2机械臂控制系统结构 (9)2.3.3关节控制系统的控制策略 (9)2.4本章小结 (9)3机械臂控制系统硬件设计 (11)3.1机械臂控制系统概述 (11)3.2微处理器选型 (11)3.3主控制模块设计 (13)3.3.1电源电路 (13)3.3.2复位电路 (14)3.3.3时钟电路 (15)3.3.4 JTAG调试电路 (15)3.4驱动模块设计 (16)3.5电源模块设计 (17)3.6传感器模块设计 (19)3.7本章小结 (19)4机械臂控制系统软件设计 (20)4.1初始化模块设计 (20)4.1.1系统时钟控制 (20)4.1.2 SysTick定时器 (22)4.1.3 TIM定时器 (23)4.1.4通用输入输出接口GPIO (24)4.1.5超声波传感器模块 (24)4.2运行模块设计 (25)4.3本章小结 (26)5 系统的整机调试 (27)5.1硬件调试 (27)5.2软件调试 (28)5.3故障原因及解决方法 (31)5.4本章小结 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (37)附录A (37)附录B (46)附录C (47)1绪论1.1机械臂概述1.1.1机械臂研究的意义早在几千年前，人类就开始了机器人的制造，以解决人类繁重的劳动。

机械臂柔顺运动控制技术研究机械臂柔顺运动控制技术研究：走向精确和高效的未来近年来，机械臂的应用范围越来越广泛，从工业生产线到医疗手术室再到家庭助手，机械臂都扮演着重要的角色。

然而，传统的机械臂在某些应用场景下存在一定的局限性，例如在与人类合作或对复杂环境的适应性上。

为了克服这些问题，机械臂柔顺运动控制技术应运而生，其致力于提高机械臂的柔顺性、精确性和高效性。

本文将探讨该技术的研究进展和未来发展方向。

柔顺运动控制技术是指机械臂通过具有精确力传递和高灵活性的机械结构，实现类似于人类手臂的柔软运动。

这种运动可以应对复杂的环境要求，比如与人类进行合作或在狭小空间中操作。

在传统的机械臂中，刚性结构和刚性控制往往导致运动精度和灵活性的不足。

而柔顺运动控制技术通过引入弹性材料、柔性机械结构和感知反馈控制算法等手段，有效提高了运动表现。

首先，柔性机械结构是实现机械臂柔顺运动控制的核心之一。

传统机械臂的末端执行器通常由刚性材料制成，限制了运动灵活性和安全性。

而柔性材料的引入可以提供更自由的运动范围，同时降低了与环境或操作对象接触时的风险。

例如，研究人员已经成功开发了基于人工肌肉和弹性材料的机械臂，实现了精确、连续和逼真的运动。

这种柔性机械结构的研究对于提高机械臂在协作机器人、医疗手术等领域的应用潜力具有重要意义。

其次，柔顺运动控制技术需要配备高效的感知反馈系统，以提供准确的运动信息并对环境变化进行实时响应。

在复杂的应用场景中，机械臂需要不断地感知和分析周围环境的信息，以便根据需要调整运动轨迹和力量输出。

近年来，计算机视觉和力传感器等技术的快速发展为实现这一目标提供了强有力的支持。

机械臂可以通过视觉系统检测周围物体的位置、形状和姿态，并通过力传感器感知外力作用下的变形情况。

这种感知反馈系统的引入使机械臂能够更好地适应环境需求和与人类进行交互。

从实际应用角度来看，机械臂柔顺运动控制技术在医疗、家庭助理和协作机器人等领域具有巨大的潜力。

柔性机器人的自主机械臂运动控制研究柔性机器人，作为一种崭新的机器人技术，越来越受到人们的关注和重视。

与传统刚性机器人相比，柔性机器人具有更大的自由度、更高的灵活性和更好的适应性。

然而，柔性机器人的自主机械臂运动控制一直是一个具有挑战性的问题。

本文将对柔性机器人的自主机械臂运动控制进行研究和探讨。

一、柔性机器人的特点与挑战柔性机器人与刚性机器人最大的区别在于其柔软的结构。

柔性材料的运用使得机器臂可以实现更复杂的运动，并且能够适应不同的工作环境和任务。

然而，柔性机器人的自主机械臂运动控制面临着一些挑战。

首先，柔性机器人的运动受到非线性和时变特性的影响，使得控制算法的设计复杂化。

其次，柔性材料本身具有一定的延展性和刚度变化，对控制算法的精度和稳定性提出了更高的要求。

因此，如何有效地实现柔性机器人的自主机械臂运动控制成为了一个亟待解决的问题。

二、柔性机器人自主机械臂运动控制的方法针对柔性机器人的自主机械臂运动控制问题，目前学术界和工业界都提出了一些解决方法。

下面将介绍几种常见的方法。

1. 建模与控制建模是柔性机器人运动控制的关键一步。

通过对柔性机器人进行动力学建模和力学建模，可以得到机器人的运动学和动力学特性，为后续的控制算法设计提供基础。

现有的柔性机器人建模方法包括有限元法、模态分析法等。

2. 轨迹规划与优化柔性机器人的轨迹规划与优化主要解决如何使机器人的末端执行器按照既定的轨迹完成任务。

常用的轨迹规划方法有基于模型预测控制的方法、基于优化算法的方法等。

这些方法可以通过对机器人动力学特性和约束条件的考虑，实现更加准确和高效的轨迹规划。

3. 自适应控制自适应控制是指机器人根据外界环境和输入变化自主调整控制策略的能力。

对于柔性机器人的自主机械臂运动控制来说，自适应控制可以提高机器人在不同工作环境下的适应性和鲁棒性。

常见的自适应控制方法包括模型参考自适应控制、模糊自适应控制等。

三、柔性机器人自主机械臂运动控制的应用前景柔性机器人的自主机械臂运动控制不仅对于工业制造领域有着广泛的应用前景，还在医疗、服务机器人等领域有着巨大的潜力。

机器人手臂控制系统的研究与实现随着科技和工业的发展，机器人已成为现代工业生产的重要组成部分。

而机器人手臂则作为机器人的核心部件，直接关系到机器人的使用效果。

因此，机器人手臂控制系统的研究与实现具有重要的意义。

一、机器人手臂控制系统的概述机器人手臂控制系统是指通过计算机控制机器人手臂的运动，实现机器人的全部动作。

其主要由硬件和软件两个方面构成。

在硬件方面，机器人手臂控制系统主要由机器人手臂、传感器、执行器等电子和机械部件组成。

这些部件通过组合形成机器人手臂控制系统，实现对机器人手臂的各种运动控制。

在软件方面，机器人手臂控制系统则主要指机器人的控制程序。

通过编写合适的控制程序，计算机可以控制机器人手臂完成各种任务，如抓取、搬运、装配等。

同时，还可以实现机器人的自主控制和智能化。

二、机器人手臂控制系统的实现途径机器人手臂控制系统的实现途径有多种。

其中，基于传统的控制理论的机器人手臂控制系统占主导地位。

这种控制系统采用传统的控制算法，通过PID控制实现对机器人手臂的精确运动控制。

此种方法在实现精度方面具有较大优势，但在处理非线性问题上较为困难。

随着控制理论的发展，机器人手臂的控制算法也开始向模糊控制和神经网络控制发展。

模糊控制和神经网络控制可以更好地处理机器人运动的非线性问题，并且可以实现机器人的学习和自适应控制。

因此，这种方法在现代机器人工业和研究中具有广泛的应用。

三、机器人手臂控制系统的关键技术在机器人手臂控制系统中，传感器和执行器是实现机器人手臂控制的重要部分。

传感器可以实现对机器人周围环境的感知，而执行器则可以控制机器人手臂的运动。

在传感器方面，视觉传感器、力觉传感器和位置传感器等是常用的传感器类型。

视觉传感器可以实现对物体位置和形状的检测；力觉传感器可以实现对物体的力学特性的检测；位置传感器可以实现对机器人手臂位置和方向的感知。

这些传感器可以相互配合，并与控制算法结合使用，实现更加精确的机器人手臂控制。

智行mini2小型服务机器人机械臂的抓取毕业设计
随着智能服务机器人的发展，机器人的机械臂已成为重要的组成部分
之一、机械臂的抓取技术是机器人能否完成任务的关键之一、本文以智行mini2小型服务机器人的机械臂抓取技术为研究对象，探讨其实现和优化
方法。

1.检测并定位目标物体：机器人需要实时检测并识别出目标物体的位置，确定抓取的精确位置和方向。

2.计算抓取姿态：抓取姿态是指机械臂在抓取目标物体时的姿态，需
要根据目标物体的形状大小和位置等信息进行计算，并确定最佳的抓取方式。

3.确定抓取策略：根据目标物体的重量、形状、大小、表面特性等信
息确定最佳的抓取方式。

4.安全抓取：机器人需要保障抓取物体的安全，防止物体掉落或损坏。

为了更好地完成以上任务，以下是机械臂抓取技术的实现和优化方法：
1.激光传感器定位：对于小型机器人，激光传感器可以较准确地定位
目标物体，提高机器人抓取的精度和效率。

2.抓取姿态预测算法：利用机器学习等算法，根据目标物体的几何形状、表面特性、摩擦系数等信息，预测最佳的抓取姿态，提高机器人抓取
的成功率。

3.反馈机制优化：引入力传感器等反馈机制，实时监测机器人抓取的
情况，及时调整抓取力度和位置，保障抓取过程中的安全性和稳定性。

机械臂抓取技术的实现和优化对于智能服务机器人的性能提升具有重要作用。

未来随着技术的发展，机械臂的抓取技术将会更加成熟可靠，服务机器人将能够更好地为人类提供服务。

《基于视觉的移动机械臂自主导航和抓取控制研究》篇一一、引言随着人工智能和机器人技术的快速发展，移动机械臂在工业、医疗、军事、服务等领域的应用越来越广泛。

为了实现移动机械臂的高效、精准和自主操作，自主导航和抓取控制技术成为了研究热点。

其中，基于视觉的导航和抓取控制技术，由于具有高精度、高效率和良好的适应性，备受关注。

本文将就基于视觉的移动机械臂自主导航和抓取控制进行研究。

二、视觉导航技术研究2.1 视觉导航系统概述视觉导航系统利用摄像头等视觉传感器获取环境信息，通过图像处理和计算机视觉技术实现机械臂的自主导航。

该系统主要包括摄像头、图像处理单元和控制系统等部分。

2.2 图像处理技术图像处理技术是视觉导航系统的核心，主要包括图像预处理、特征提取、目标识别和路径规划等步骤。

其中，图像预处理包括去噪、增强和二值化等操作，以改善图像质量；特征提取和目标识别则通过计算机视觉算法实现；路径规划则根据目标和环境信息，规划出最优的机械臂运动轨迹。

2.3 视觉导航算法视觉导航算法主要包括基于特征匹配的导航算法和基于深度学习的导航算法。

前者通过提取环境中的特征点或特征线等特征信息进行匹配，实现机械臂的导航；后者则利用深度学习技术对图像进行语义分割和目标检测，实现更高级别的自主导航。

三、抓取控制技术研究3.1 抓取控制概述抓取控制技术是实现机械臂精准抓取的关键技术。

该技术主要通过控制机械臂的末端执行器，实现对目标物体的精准抓取和放置。

3.2 抓取规划算法抓取规划算法是抓取控制技术的核心，主要包括预抓取规划和实时抓取规划。

预抓取规划根据目标物体的形状、大小和位置等信息，规划出最优的抓取姿势和位置；实时抓取规划则根据实际情况，对抓取过程进行实时调整和优化。

3.3 抓取控制策略抓取控制策略主要包括基于力控制的策略和基于视觉控制的策略。

前者通过控制机械臂末端执行器的力和力矩，实现对目标物体的精准抓取；后者则通过视觉传感器获取目标物体的位置和姿态信息，实现对抓取过程的实时监控和控制。

机械手臂论文机械手臂论文1000字范文摘要：机械手臂的设计是目前机器人科学研究的一个热点。

这里考虑手臂的抓重、材料和运动速度，对其进行优化设计。

建立了优化设计的数学模型，使用MATLAB软件分析目标函数的性态并设计变量的可行域，求得机械手臂最优尺寸。

在满足条件的情况下，使手臂质量最小，证明了该设计可以满足预设动作要求。

关键词：机械手臂论文前言作为一种智能化程度较高的生产制作工具，智能机械手臂在近期得到了广泛的应用和长足的发展。

研究智能机械手臂的造型设计，能够更好地完善机械手臂的外观，从而更好地与其功能相融合。

本文从介绍其造型设计的特点着手研究。

1.智能机械手臂造型设计特点1.1功能原理对造型的影响智能机械手臂的功能依附于机构工作原理而实现。

目前市场上常见的机械手臂有多轴和三轴等，尤其以六轴机械手臂应用较为广泛。

在造型设计时需先确定机械手臂大致形态与结构比例，再考虑各个关节的连接方式、造型元素、细节形态及图形化设计等。

机械手臂造型可采用全包裹式或半包裹式，双臂式或单臂式，都以功能需求为造型基础。

产品形态是表达产品设计思想与实现产品功能的语言和媒介。

在造型创新的过程中，考虑机械手臂的关节结构及传动规律，在此基础上进行造型设计才具有实际意义。

1.2造型特点对比分析(1)同一品牌的产品设计具有家族化色彩偏好及造型曲线偏好，在保证功能与审美的基础上融入产品族造型基因。

产品族设计是企业竞争的有效手段，使产品能获得统一的家族特征。

(2)轻载机械手臂与重载机械手臂的造型元素选择具有差异性，轻载机械手臂重视灵活精确，因此多采用线元素来塑造，强调形态的轻松、灵动，采用双臂设计将关节电机内置;重载机械手臂重视力量感与安全可靠性，造型多采用体元素与较宽大的面元素来凸显产品厚重感。

同时采用较大的基座设计，一方面符合载重需要，另一方面使视觉重心下移，下降的视觉感官是稳定、可靠的，凸显了造型的力量感，增加人对机械手臂载重可靠性的心理感受。