采樣機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、月面采樣機(jī)械臂用來(lái)采集月球表面的月壤樣品，此機(jī)械臂除了具有常規(guī)機(jī)械臂具有的高度耦合和非線性特性外，還具有關(guān)節(jié)柔性大的特點(diǎn)。本文基于中心自主研發(fā)的五自由度采樣機(jī)械臂，對(duì)其進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　首先，設(shè)計(jì)機(jī)械臂控制系統(tǒng)。本機(jī)械臂控制系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，傳統(tǒng)的多軸集中控制已不適合。本文設(shè)計(jì)了基于關(guān)節(jié)控制器的分布式控制系統(tǒng)，各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和上位機(jī)通過(guò)CAN通信聯(lián)系起來(lái)。
　　其次，對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。以描述連桿機(jī)構(gòu)的D-

2、H方法為基礎(chǔ)建立機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并結(jié)合幾何方法求解機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)包括前向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)，前向運(yùn)動(dòng)學(xué)用D-H方法建立模型，逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)以幾何方法建模。
　　再次，建立采樣機(jī)械臂關(guān)節(jié)的非線性摩擦模型。應(yīng)用卡爾曼濾波與牛頓預(yù)測(cè)相結(jié)合的方法估算采樣機(jī)械臂關(guān)節(jié)的角加速度;應(yīng)用電流采樣電路采集電機(jī)的電流。將估算的角加速度和采集的電流帶入推導(dǎo)出的摩擦力矩計(jì)算摩擦力矩。根據(jù)得到的摩擦力矩與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，擬合出基于指

3、數(shù)摩擦模型的機(jī)械臂關(guān)節(jié)非線性摩擦模型。
　　再次，設(shè)計(jì)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的硬件與軟件。參照常規(guī)機(jī)械臂控制節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合自身的需求，設(shè)計(jì)了包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、角度檢測(cè)、電流檢測(cè)和CAN通信的機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制器硬件。在硬件電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)控制算法，并根據(jù)機(jī)械臂的實(shí)際需求編寫(xiě)基于VC++的機(jī)械臂控制系統(tǒng)界面。
　　最后，本文開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的機(jī)械臂控制系統(tǒng)可滿足月面采樣機(jī)械臂原理樣機(jī)的采樣要求。采樣機(jī)械臂原理樣機(jī)在1∶1著陸器與