復雜機電課程提交工作報告-一部一組

1、的主要內(nèi)容為小組各位成員在課程設計過程中做出的貢獻和工作量。組一開始的分工為：小在具體的執(zhí)行過程中，由于碰到了一些沒有預料到，所以采取的原則是合理的分工和有效的協(xié)作。每位組員基本完成了上述的任務，但是對于幾個比較的問題，采取了合作解決的方式。各位組員的具體工作分別整理如下：（組長）擔任組長，組織和監(jiān)督組員完成任務，集思廣益解決問題，負責整理報銷、撰寫小1.組等的瑣碎內(nèi)容。為了加快和保證每周的進度，每周都至少會碰頭一次，除了組內(nèi)匯報各自任務的完成情況，還對存在進行集思廣益，合作解決。由于組對控制和機器人運動學的內(nèi)容缺乏理論和實踐經(jīng)驗，所以在這方面樣也保證了整體的進度不會因為一部分內(nèi)容遇到了，都是

2、一起合作解決的，這而拖慢。每周我都會對組的工作情況作，撰寫詳細的，一方面作為以后方案修改思路的備案，另一方面可以算作組內(nèi)的自我總結和經(jīng)驗概括；機械結構的設計、委托加工和裝配本課題設計的結構中，除關節(jié)舵機為2.成品件，夾爪舵機為對夾爪的改裝外，其他均為設計并委托加工的工件；加工好后還需要進行裝配、調(diào)試，并且針對可能存在進行修改，直至結構滿足要求；部分元器件的選型由于舵機、步進電機等的元件本身為動力來源，又與機械結構有著千絲萬縷的聯(lián)系，3.所以考慮到設計機械結構的需要，須有我來進行這類主要元件的選型和；同時，這部分也涉及到必要的安裝等；整體結構的設計和安裝，輔助調(diào)試機械整體結構安裝結束后，4.首先

3、就機械臂主體進行運動和控制方面的實際調(diào)試，在發(fā)現(xiàn)相機無法安裝在機械臂末節(jié)后，決定另外設計相機安裝支架以及機械臂的安裝平臺，在這個上再進行機械臂的控制效果調(diào)試。相機選型按照1.最初的方案，相機需要安裝在機械臂末端，由機械臂旋轉(zhuǎn)進行環(huán)形搜索來尋找小球?？紤]到穩(wěn)定性，最初想采用 CCD 相機，但在了一些 CCD 廠商后發(fā)現(xiàn)其價格太貴。后來經(jīng)過調(diào)研，機。經(jīng)過驗證，其能滿足網(wǎng)購了一款具有良好防抖性能的全局快門的 CMOS 相的需求。后來由于機械結構問題方案修改后，需要將相機掛在場地上方，經(jīng)過驗證其仍能滿足需求。對相機的控制2.由于決定采用進行圖像處理，所以對相機的控制也在中進行。經(jīng)過查閱資料，了解到數(shù)實

4、現(xiàn)了對相機的控制。的圖像獲取工具箱提供了必要的函數(shù)，通過調(diào)用這些函分工（組長）機械結構設計、舵機（電機）等硬件選型、3D 建模及制造、裝配CCD 相機選型、視覺測量：輪廓尋找+位置坐標輸出；石義園機器人運動學：機器人運動學反解：輸出各舵機及步進電機轉(zhuǎn)角整體控制：與視覺測量結合+與各舵機（電機）結合部分圖像處理考慮到3.圖像處理的便捷性，決定在中進行圖像處理。編寫了圖像處理的程序，實現(xiàn)了單個及多個小球位置的識別并輸出其像素坐標。相機標定為了將圖像處理后得到的小球像素坐標轉(zhuǎn)換到世界坐標系中，進行了相機標定工作。4.經(jīng)過查閱資料，了解了相機標定的基本原理，并決定采用標定法進行標定。研讀a Plane

5、 from Unknown標定工具箱，完成了相了的 Flexible Camera Calibration by ViewingOrienions，了解了其標定法的原理，并利用其提供的機的標定工作。坐標變換5.得到相機的標定參數(shù)后，根據(jù)世界坐標的工作。系統(tǒng)總體控制提供的方法，實現(xiàn)了將小球的像素坐標轉(zhuǎn)換到6.根據(jù)要實現(xiàn)的目標，確定了整體控制框架，編寫了總體控制程序，并出于調(diào)試方便及操作簡便的目的編寫了人機界面。石義園查找算法首先確定了查找資料的主要目標，多1.度的機器臂的運動學規(guī)劃，包括路徑規(guī)劃、逆運動學求解相關的知識。在查找資料的過程中，逐步確定需要使用的路徑規(guī)劃算法是rtenberg 算法，

6、該算法需要確定 6 組參數(shù)，才能求解出最終需要的運動學解。Denavi驗證算法可行性確定采用 Denavi2.rtenberg 算法之后，便根據(jù)組所設計的機器臂模型進行代入演算，初步選取的三個關節(jié)臂的長度分別為 15cm/15cm/10cm，經(jīng)過建模，得到整個機械結構的簡化模型。經(jīng)過設定初始參數(shù)，計算得出相應的逆運動學，并最終通過在紙上畫圖，基本可以確定該算法用于進行運動學仿真的機械結構的準確性。3.算法的準確性確定之后，就需要查閱資料，確定算法的仿真和編寫方式。通過網(wǎng)上查閱資料，發(fā)現(xiàn)中有相關的工具箱可以進行機器臂的仿真工作，也就是 robotics工具箱，通過網(wǎng)上查找、，安裝好了該工具箱。在

7、網(wǎng)上查找了關于機械的仿關資料，以及的程序編寫參考資料，自學了關于仿真的相關程序編寫知識。通過編寫相應的仿真程序，調(diào)節(jié)三個的長度，逐步檢驗在工作空間內(nèi)是否存在奇點或是。通過選擇三個典型的位姿，檢驗機器臂所能達到的最遠的位置和最近的位置，并且計算出實際的舵機轉(zhuǎn)動角度和步進電機轉(zhuǎn)動角度。通過多次調(diào)節(jié)仿真參數(shù)和末端位姿，基本可以得出結論，在開始所設定的直徑600mm 的區(qū)域內(nèi)，機械臂可以達到最遠段的位置，并且不出現(xiàn)和超出范圍的位置要求；在直徑 300mm 的位置，機械臂也是可以達到想要的位置，并且保持最終的位姿不出現(xiàn)和超出范圍。編寫算法程序本階段的主要工作就是結合前期調(diào)研確定的算法，最終在序，同時需要

8、和視覺測量和運動控制部分做好接口。4.中編寫出算法程整個算法程序的編寫經(jīng)歷了三個版本。第一個版本是基于最初選定的 D-H 算法，該算法需要的參數(shù)較多，包括有末端位姿的旋轉(zhuǎn)、平移和實際坐標，通過算法程序去實現(xiàn)計算這些相應的參數(shù)值是比較的，因此我放棄了該算法程序。第二個版本是通過查閱哈爾濱工業(yè)大學的一篇確定的，該算法的要點就是要保持末端抓球的姿態(tài)是固定的，即以一個固定的角度去抓取小球，通過自己的演算，覺得該算法是可行的，同時在的機械臂上使用也是可以的，因此就選定該算法作為算法程序，開始了編寫工作。編寫完成之后，我代入實際的參數(shù)值計算，發(fā)現(xiàn)該算法存在不穩(wěn)定的地方，例如計算超出抓取范圍的位置時，它也會

9、得出一個不可行的解，如果在實際測試過程中發(fā)生這種情況，極有可能對機械結構產(chǎn)生損壞，因此最終還是選擇放棄該算法程序。算法程序的第三個版本是和組員之后確定的，即保持最后一節(jié)臂與水平面垂直，這樣就能減少計算量，避免太多的運算工作，簡化計算過程。調(diào)試算法在該階段也是最終的調(diào)試驗收階段了，主要工作就是完成程序結合，并且完成最后的抓球工作。5.在開始調(diào)試過程中，的角度太小了，因此發(fā)現(xiàn)定位并不是很準確，通過，應該是第一個舵機給選擇對第一個舵機轉(zhuǎn)動角度加上一個固定的角度，減小誤差。同時，我還發(fā)現(xiàn)在計算工作空間內(nèi)的位姿逆運動學解時，會出現(xiàn)復數(shù)，經(jīng)過檢查，我發(fā)現(xiàn)是測量的機械臂長度不對，所以會出現(xiàn)超出工作空間的情況

10、，經(jīng)過精確測量，我重新調(diào)整了參數(shù)值，再次測試，抓取的位置是比較精確地，并沒有出現(xiàn)更大的偏差。完成了控制模塊的初步選擇初期選用了 L298N 舵機、電機控制板。該款控制板能同時對4 線）以及 7 個以內(nèi)的舵機進行獨立控制。板內(nèi)集成了功率驅(qū)動1.步進電機（ 2 相，對步進電機的控制無需使用電機自帶驅(qū)動器。具有 1 路高速 UART 接口，波特率 1152004800 ，支持TTL 或者 RS485 電平模式，可以實現(xiàn)和 PC 機之間的串口通信。對 L298N 控制板硬件進行了一些連接及調(diào)試PC 機通過 USB 轉(zhuǎn)串口 的模塊與控制器相連，使用的是 RS485 電平接口，通過 ISP2.程序線給控制板供電，供電電壓 5V，舵機和步進電機分別用單獨電源供電。編寫了一些程序，實現(xiàn)了對步進電機和舵機的運動控制?？刂瓢甯鼡Q3.經(jīng)過，的控制板需要和步進電機的驅(qū)動器相連，通過驅(qū)動器對步距角進行細分控制。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，步進電機驅(qū)動器如果要和控制板相連接，控制板上必須有多余的 I/O 口。在的控制板上是沒有的，所以無法進行驅(qū)動器連接。小組經(jīng)過，決定更換控制板，經(jīng)過查找資料，發(fā)現(xiàn) Arduino 控制模塊不僅涵蓋了現(xiàn)有控制板的所有功能，