【基于51單片機(jī)的機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11000字（論文）】

基于51單片機(jī)的機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要機(jī)械臂是一種機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，可以手動(dòng)替換特定空間中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。本文研究機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)并分析機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)特性。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際需求，開發(fā)了一種滿足柔性生產(chǎn)需求的控制系統(tǒng)，最后對(duì)機(jī)械臂穩(wěn)定性控制算法進(jìn)行了理論驗(yàn)證。本文利用有關(guān)單片機(jī)，Arduino和機(jī)械臂的相關(guān)知識(shí)來(lái)開發(fā)基于單片機(jī)的機(jī)械臂，并詳細(xì)介紹了其控制系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)。機(jī)械臂可以模仿人的上肢以執(zhí)行簡(jiǎn)單的動(dòng)作，這就是為什么它對(duì)于實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練演示平臺(tái)，生產(chǎn)或生活非常重要。關(guān)鍵詞：機(jī)械臂硬件軟件目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 結(jié)論本文以四自由度混聯(lián)機(jī)械臂為研究對(duì)象，具體完成工作如下：（1）根據(jù)機(jī)械臂的特殊機(jī)械機(jī)構(gòu)，分析其機(jī)械特性，建立機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，通過(guò)齊次變換得到機(jī)械臂各驅(qū)動(dòng)軸的空間坐標(biāo)位置，即運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和逆解，并通過(guò)引入坐標(biāo)值來(lái)衡量理論的正確性。通過(guò)一階和二階推導(dǎo)，得到了速度和加速度的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解。針對(duì)機(jī)械臂的奇異性，采用雅可比矩陣進(jìn)行分析，結(jié)合機(jī)械臂的力學(xué)約束，用數(shù)值方法計(jì)算機(jī)械臂理論工作空間的具體參數(shù)和關(guān)系。（2）根據(jù)并聯(lián)四桿結(jié)構(gòu)機(jī)械臂的特點(diǎn)，分別采用坐標(biāo)系空間齊次變換法和空間幾何法分析了機(jī)械臂的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)位置，建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件編程控制驗(yàn)證了機(jī)械臂模型的正確性。得到了加速度位置的正解和負(fù)解。通過(guò)軟件模擬了機(jī)械臂的運(yùn)行空間，并用雅可比矩陣法分析了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)奇異性。參考文獻(xiàn)[1]裴紅蕾.機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間軌跡的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模跟蹤控制[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2020(05):43-48.[2]李萍,祁鯤,李萱.單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革探討[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2020(07):63-65+68.[3]李懿,秦鵬,楊會(huì)豐.懸掛式協(xié)作機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2020,34(04):130-135.[4]巢惠世,梁宏斌,蔡土淇.基于Linux的機(jī)械臂實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)研究[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全,2020,39(04):81-85.[5]蔡?hào)|偉,田金柱,秦方瑋,陳賦秋.新型智能鋪路機(jī)路徑規(guī)劃及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)設(shè)備工程,2020(07):31-33.[6]荊泓瑋,朱延河,趙思愷,張清華,趙杰.外肢體機(jī)器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2020,56(07):1-9.[7]方五益,郭晛,黎亮,章定國(guó).柔性鉸柔性桿機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模、仿真和控制[J].力學(xué)學(xué)報(bào):1-9[2020-05-19].[8]張玉玲,谷勇霞,趙杰亮,閻紹澤.機(jī)械臂臂桿剛度主動(dòng)控制下的末端振動(dòng)特性研究[J].力學(xué)學(xué)報(bào):1-14[2020-05-19].[9]王泰華,田輩輩,高煜欣.基于改進(jìn)自適應(yīng)算法的機(jī)械臂位置/力控制研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2020,42(03):85-89.[10]沈運(yùn),謝榮理,趙艷娜,付莊,王堯,張俊,費(fèi)健,張鐵鋒.遠(yuǎn)程控制超聲掃描的遠(yuǎn)端操縱系統(tǒng)[J].機(jī)械與電子,2020,38(03):48-52.[11]杜宇軒,魏榕山.一種新型3D霍爾搖桿及機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2020,39(03):102-105+108.[12]韓興國(guó),陳海軍,崔立秀,宋小輝,殷國(guó)富.三自由度機(jī)械臂增材制造裝置及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2020,34(03):97-103.[13]王磊,陳辰生,張文文.兩自由度機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型的建模與控制[J].信息通信,2020(03):40-42.[14]戴士杰,成俊,張慧博,王小軍.基于增量耦合預(yù)測(cè)控制的風(fēng)電葉片打磨機(jī)械臂末端顫振抑制研究[J].振動(dòng)與沖擊,2020,39(05):235-243.[15]畢偉,談橫.串聯(lián)型機(jī)械臂的自適應(yīng)魯棒容錯(cuò)控制研究[J].機(jī)床與液壓,2020,48(05):63-67+72.[16]殷鳳來(lái),韓楊碩,雷歌.智能垃圾車自我控制裝置設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2020(05):231-233.[17]孔令升,崔西寧,郭俊廣,宋展,孫紅雨.基于時(shí)域編碼結(jié)構(gòu)光的高精度三維視覺(jué)引導(dǎo)抓取系統(tǒng)研究[J].集成技術(shù),2020,9(02):38-49.[18]陳浩文,張文輝,鐘秋波,周書華,葉曉平.工業(yè)機(jī)器人基于工作空間的力/位PID控制系統(tǒng)研究[J].麗水學(xué)院學(xué)報(bào),2020,42(02):8-14.[19]李小崗,王紅都,黎明.自主水下航行器機(jī)械臂系統(tǒng)非線性PD控制器設(shè)計(jì)[J].水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào),2020,28(01):24-32.[20]李洪超.淺談助力機(jī)械臂在火工品裝配中的應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2020(05):158-159.[21]王飛,李瑤.基于腦電波控制的智能機(jī)械臂設(shè)計(jì)[J].信息與電腦(理論版),2020,32(04):132-134.[22]潘威,高杰,高宇,薛嵐.自適應(yīng)機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2020(06):37+40.[23]陳芳.三自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械臂軌跡控制研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2020,39(02):72-76.[24]張瀚文,盧歡,劉潤(rùn)湘,孔磊,郝奕涵.一種基于單片機(jī)控制的多功能兒童床[J].科技資訊,2020,18(06):11-13.[25]趙宇飛,張中哲,李科,王燕波,程遠(yuǎn)超.一種長(zhǎng)懸臂梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模方法[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù),2020(01):83-88.[26]DengMingcong,KubotaShotaro,XuYuanhong.NonlinearIntelligentControlofTwoLinkRobotArmbyConsideringHumanVoluntaryComponents[J].Sensors,2022,22(4).[27]YunAlchan,LeeWoosub,KimSoonkyum,KimJongHo,YoonHyungseok.DevelopmentofaRobotArmLinkSystemEmbeddedwithaThree-AxisSensorwithaSimpleStructureCapableofExcellentExternalCollisionDetection[J].Sensors,2022,