机器人运动控制课程设计

智能机器人课程设计

总结报告

姓 名： 组 员：

指导老师: 时 间:

一、课程设计设计目的

了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于实践。 通过学习，具体掌握智能机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。

基本要求：要求设计一个能走迷宫(迷宫为立体迷宫)的机器人。要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。要有走迷宫的策略（软件流程图）。对于走迷宫小车控制系统设计主要有几个方面：控制电路设计，传感器选择以及安放位置设计，程序设计

二、总体方案

2.1 机器人的寻路算法选择

将迷宫看成一个m*n的网络，机器人通过传感器反馈的信息感知迷宫的形状，并将各个节点的与周围节点的联通性信息存储于存储器中，再根据已经构建好的地图搜索离开迷宫的路径。这里可选择回溯算法。对每个网格从左到右，每个网格具有4个方向，分别定义。并规定机器人行进过程中不停探测前方是否有障碍物，同时探测时按左侧规则，进入新网格后优先探测当前方向的左侧方向。探测过程中记录每个网格的四个方向上的状态：通路、不通或未知，探测得到不同

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智能机器人课程设计

设计题目：灭火智能机器人的设计和实现z. .

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目录

第1章机器人系统总体方案设计 (3)

1.1 设计目标 (3)

1.2 机器人功能设计及指标要求 (3)

1.3 机器人系统总体结构设计 (4)

第2章机器人系统硬件详细方案设计 (5)

2.1 传感器选型 (5)

2.1.1 超声波测距传感器 (5)

2.1.2 红外避障传感器 (5)

2.1.3 火焰传感器 (5)

2.2 机器人系统硬件连接图 (6)

2.2.1 STM32单片机最小系统 (6)

2.2.2 电源模块 (7)

2.2.3 红外避障传感器 (7)

2.2.4 超声波测距传感器 (8)

2.2.5 火焰传感器 (8)

2.2.6 电机驱动模块 (8)

第3章机器人系统软件详细方案设计 (9)

3.1 主函数 (9)

3.2 超声波测距程序 (10)

3.3 红外避障引脚设置程序 (12)

3.4 电机驱动程序 (12)

3.5 火焰检测程序 (12)

第4章机器人系统开发调试步骤 (13)

4.1 传感器选型和引脚分配 (13)

4.2 传感器独立测试 (13)

4.2.1 超声波测距传感器测试 (13)

4.2.2 红外避障传感器测试 (13)

4.2.3 火焰传感器测试 (13)

4.3 电机独

安徽

毕 业 设 计 （论 文）

课 题： 足球机器人的控制系统设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 07城建机械3班 学生姓名： 蒋严 学 号： 07290070325 指导教师： 李辉

2011年6月8日

安徽建筑工业学院本科毕业设计（论文）

摘要

本文主要介绍了对遥轮足球机器人运动控制算法的研究。首先，本文建立了四轮全向足球机器人运动学和动力学模型。通过对机器人运动学和动力学模型的分析，对其控制方程进行合理简化，提出了四轮全向足球机器人的运动控制算法。该算法可以对机器人同时完成或位置控制和速度控制，并且控制时间最优。该算法分为两个部分：机器人速度轨迹生成算法和机器人速度轨迹跟

第2章 机器人位置运动学

2.1 引言

本章将研究机器人正逆运动学。当已知所有的关节变量时，可用正运动学来确定机器人末端手的位姿。如果要使机器人末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节变量的值。首先利用矩阵建立物体、位置、姿态以及运动的表示方法，然后研究直角坐标型、圆柱坐标型以及球坐标型等不同构型机器人的正逆运动学，最后利用Denavit-Hartenberg(D-H)表示法来推导机器人所有可能构型的正逆运动学方程。

实际上，机器手型的机器人没有末端执行器，多数情况下，机器人上附有一个抓持器。根据实际应用，用户可为机器人附加不同的末端执行器。显然，末端执行器的大小和长度决定了机器人的末端位置，即如果末端执行器的长短不同，那么机器人的末端位置也不同。在这一章中，假设机器人的末端是一个平板面，如有必要可在其上附加末端执行器，以后便称该平板面为机器人的“手”或“端面”。如有必要，还可以将末端执行器的长度加到机器人的末端来确定末端执行器的位姿。

2.2 机器人机构

机器手型的机器人具有多个自由度（DOF），并有三维开环链式机构。

在具有单自由度的系统中，当变量设定为特定值时，机器人机构就完全确定了，所有其他变量也就随之而定

目 录

摘要 ..................................... 错误！未定义书签。 1 设计分析 ................................................ 1

1.1双闭环调速系统的结构图 ............................. 1 1.2直流双闭环系统的原理 ............................... 1 1.3双闭环调速系统优点 ................................. 2 1.5 PWM变换器介绍 ..................................... 3 2 电路设计 ................................................ 3

2.1 PWM（双极式）主电路设计 ............................ 3 2.2 双闭环调节器电路设计 ............................... 4

2.2.1 电流调节器 ................................... 4 2.2.2 转速调节器 .

目 录

摘要 ..................................... 错误！未定义书签。 1 设计分析 ................................................ 1

1.1双闭环调速系统的结构图 ............................. 1 1.2直流双闭环系统的原理 ............................... 1 1.3双闭环调速系统优点 ................................. 2 1.5 PWM变换器介绍 ..................................... 3 2 电路设计 ................................................ 3

2.1 PWM（双极式）主电路设计 ............................ 3 2.2 双闭环调节器电路设计 ............................... 4

2.2.1 电流调节器 ................................... 4 2.2.2 转速调节器 .

实验（5）机器人控制实验

一、实验目的：

1） 理解机器人控制的相关概念；

2） 对构建的机器人进行动力学控制分析； 3） 能够使用simulink构建机器人控制仿真模型。

二、机器人动力学方程

状态空间方程

? 当用牛顿-欧拉方程对操作臂进行分析时，动力学方程可以写成

?)是离心力和哥氏力矢量，G(q)为重力矢量。 ? 其中M(q)为质量矩阵，C(q,q? 前向动力学

三、机器人关节控制

Puma560机器人肩关节的参数

图1基于速度反馈的机器人关节控制的simulink模型 图2速度控制环 说明： 图2的速度控制环是图1中Vloop模块的对应内部构造。也就是图2mask后成为Vloop模块。创建方法见实验4。 仿真参数如下：

Vloop参数设置

signal generation 参数设置

四、机器人前馈控制

其中，Kp和Kv是位置增益和速度增益。

如果对非线性动力学进行线性化，而且线性化是理想的，那么可得，

e?q*?q

图3 前馈动力学的控制结构

五、机器人基于计算力矩控制

图4 计算动力学的控制结构

六、实验内容

（1）用simulink建立如下图所示的机器人仿真模型，机器人模型为puma560，可以直接使用机器人库提供

毕业设计论文

姓 名： 学 号：

学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 拟人机器人运动设计及制作

指导老师：

2014 年 6 月

- 1 -

摘 要

摘 要

拟人机器人是一个复杂的多刚体双足行走系统，并具有多输入多输出,强耦合，非线性等特点。 近年来，拟人机器人的研究发展迅速，拟人机器人越来越具有人的特征，双足步行，相对于其他移动方式，是支撑离散，交替地接触地面的，可主动选择最佳支撑点，因而受环境的限制少，具有很高的灵活性。拟人机器人模拟人类的行走方式，特别适合在人类的日常生活和工作中，与人友好协调地完成任务，拟人机器人的双足动态步行研究，正成为机器人领域的一个研究热点，不仅具有重要的学术意义，而且有现实的应用价值，要稳定地实现拟人机器人的双足动态步行，涉及的领域很广。

本文以拟人机器人为研究对象，使用专业软件Pro/E对其进行三维造型。对机器人主要包括：身体的实体造型、腿的实体造型和脚的实体造型等。

机器

clear; clc;

L1 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2); %Link 类函数 L2 = Link('d', 0, 'a', 0.5, 'alpha', 0,'offset',pi/2); L3 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2,'offset',pi/4); L4 = Link('d', 1, 'a', 0, 'alpha', -pi/2); L5 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2); L6 = Link('d', 1, 'a', 0, 'alpha', 0);

b=isrevolute(L1); %Link 类函数

robot=SerialLink([L1,L2,L3,L4,L5,L6]); %SerialLink类函数 robot.name='带球形腕的拟人臂'; %SerialLink属性值 robot.manuf='飘零过客'; %SerialLink属性值 robot.display(); %Link 类函数 theta=[0 0 0 0 0 0];

robot.plot(t

专题综述

课程名称 工业自动化专题 题目名称 工业机器人的运动轨迹 学生学院____ _ 自动化________ 专业班级___ _ _ 学 号

学生姓名___ _ _ 指导教师__________

2013 年 6月 27日

工业机器人的运动轨迹综述

【摘要】：随着知识经济时代的到来，高技术已成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作

为高技术的一个重要分支普遍受到了各国政府的重视。自此，多种不同的研究方向都在工业机器人实时高精度的路径跟踪来实现预期目的。而工业机器人的运动轨迹又是重中之重，在得到反馈信息之后，如何作出应答，并且实时检查轨迹与所计算出的轨迹是否吻合，为此也要进行追踪与动作修正。

【关键词】：工业机器人，视觉，路径跟踪，轨迹规划，高精度

1.机器人视觉，运动前的准备

实际的工业现场环境复杂，多种因素都有可能导致系统在运行过程中产生一定的偏差、 测量精度降低，引起误差的原因主要有温度漂移和关节松动变形等，使测量模型的参数值改变从而导致定位误差增大，因此需要定期对工业机器人视觉测量系统进行精确的校准，从而实现精确定位和视觉测量。更少不得必要的优化。

1.1基于单目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测