复杂机电课程提交工作报告-一部一组

1、的主要内容为小组各位成员在课程设计过程中做出的贡献和工作量。组一开始的分工为：小在具体的执行过程中，由于碰到了一些没有预料到，所以采取的原则是合理的分工和有效的协作。每位组员基本完成了上述的任务，但是对于几个比较的问题，采取了合作解决的方式。各位组员的具体工作分别整理如下：（组长）担任组长，组织和监督组员完成任务，集思广益解决问题，负责整理报销、撰写小1.组等的琐碎内容。为了加快和保证每周的进度，每周都至少会碰头一次，除了组内汇报各自任务的完成情况，还对存在进行集思广益，合作解决。由于组对控制和机器人运动学的内容缺乏理论和实践经验，所以在这方面样也保证了整体的进度不会因为一部分内容遇到了，都是

2、一起合作解决的，这而拖慢。每周我都会对组的工作情况作，撰写详细的，一方面作为以后方案修改思路的备案，另一方面可以算作组内的自我总结和经验概括；机械结构的设计、委托加工和装配本课题设计的结构中，除关节舵机为2.成品件，夹爪舵机为对夹爪的改装外，其他均为设计并委托加工的工件；加工好后还需要进行装配、调试，并且针对可能存在进行修改，直至结构满足要求；部分元器件的选型由于舵机、步进电机等的元件本身为动力来源，又与机械结构有着千丝万缕的联系，3.所以考虑到设计机械结构的需要，须有我来进行这类主要元件的选型和；同时，这部分也涉及到必要的安装等；整体结构的设计和安装，辅助调试机械整体结构安装结束后，4.首先

3、就机械臂主体进行运动和控制方面的实际调试，在发现相机无法安装在机械臂末节后，决定另外设计相机安装支架以及机械臂的安装平台，在这个上再进行机械臂的控制效果调试。相机选型按照1.最初的方案，相机需要安装在机械臂末端，由机械臂旋转进行环形搜索来寻找小球。考虑到稳定性，最初想采用 CCD 相机，但在了一些 CCD 厂商后发现其价格太贵。后来经过调研，机。经过验证，其能满足网购了一款具有良好防抖性能的全局快门的 CMOS 相的需求。后来由于机械结构问题方案修改后，需要将相机挂在场地上方，经过验证其仍能满足需求。对相机的控制2.由于决定采用进行图像处理，所以对相机的控制也在中进行。经过查阅资料，了解到数实

4、现了对相机的控制。的图像获取工具箱提供了必要的函数，通过调用这些函分工（组长）机械结构设计、舵机（电机）等硬件选型、3D 建模及制造、装配CCD 相机选型、视觉测量：轮廓寻找+位置坐标输出；石义园机器人运动学：机器人运动学反解：输出各舵机及步进电机转角整体控制：与视觉测量结合+与各舵机（电机）结合部分图像处理考虑到3.图像处理的便捷性，决定在中进行图像处理。编写了图像处理的程序，实现了单个及多个小球位置的识别并输出其像素坐标。相机标定为了将图像处理后得到的小球像素坐标转换到世界坐标系中，进行了相机标定工作。4.经过查阅资料，了解了相机标定的基本原理，并决定采用标定法进行标定。研读a Plane

5、 from Unknown标定工具箱，完成了相了的 Flexible Camera Calibration by ViewingOrienions，了解了其标定法的原理，并利用其提供的机的标定工作。坐标变换5.得到相机的标定参数后，根据世界坐标的工作。系统总体控制提供的方法，实现了将小球的像素坐标转换到6.根据要实现的目标，确定了整体控制框架，编写了总体控制程序，并出于调试方便及操作简便的目的编写了人机界面。石义园查找算法首先确定了查找资料的主要目标，多1.度的机器臂的运动学规划，包括路径规划、逆运动学求解相关的知识。在查找资料的过程中，逐步确定需要使用的路径规划算法是rtenberg 算法，

6、该算法需要确定 6 组参数，才能求解出最终需要的运动学解。Denavi验证算法可行性确定采用 Denavi2.rtenberg 算法之后，便根据组所设计的机器臂模型进行代入演算，初步选取的三个关节臂的长度分别为 15cm/15cm/10cm，经过建模，得到整个机械结构的简化模型。经过设定初始参数，计算得出相应的逆运动学，并最终通过在纸上画图，基本可以确定该算法用于进行运动学仿真的机械结构的准确性。3.算法的准确性确定之后，就需要查阅资料，确定算法的仿真和编写方式。通过网上查阅资料，发现中有相关的工具箱可以进行机器臂的仿真工作，也就是 robotics工具箱，通过网上查找、，安装好了该工具箱。在

7、网上查找了关于机械的仿关资料，以及的程序编写参考资料，自学了关于仿真的相关程序编写知识。通过编写相应的仿真程序，调节三个的长度，逐步检验在工作空间内是否存在奇点或是。通过选择三个典型的位姿，检验机器臂所能达到的最远的位置和最近的位置，并且计算出实际的舵机转动角度和步进电机转动角度。通过多次调节仿真参数和末端位姿，基本可以得出结论，在开始所设定的直径600mm 的区域内，机械臂可以达到最远段的位置，并且不出现和超出范围的位置要求；在直径 300mm 的位置，机械臂也是可以达到想要的位置，并且保持最终的位姿不出现和超出范围。编写算法程序本阶段的主要工作就是结合前期调研确定的算法，最终在序，同时需要

8、和视觉测量和运动控制部分做好接口。4.中编写出算法程整个算法程序的编写经历了三个版本。第一个版本是基于最初选定的 D-H 算法，该算法需要的参数较多，包括有末端位姿的旋转、平移和实际坐标，通过算法程序去实现计算这些相应的参数值是比较的，因此我放弃了该算法程序。第二个版本是通过查阅哈尔滨工业大学的一篇确定的，该算法的要点就是要保持末端抓球的姿态是固定的，即以一个固定的角度去抓取小球，通过自己的演算，觉得该算法是可行的，同时在的机械臂上使用也是可以的，因此就选定该算法作为算法程序，开始了编写工作。编写完成之后，我代入实际的参数值计算，发现该算法存在不稳定的地方，例如计算超出抓取范围的位置时，它也会

9、得出一个不可行的解，如果在实际测试过程中发生这种情况，极有可能对机械结构产生损坏，因此最终还是选择放弃该算法程序。算法程序的第三个版本是和组员之后确定的，即保持最后一节臂与水平面垂直，这样就能减少计算量，避免太多的运算工作，简化计算过程。调试算法在该阶段也是最终的调试验收阶段了，主要工作就是完成程序结合，并且完成最后的抓球工作。5.在开始调试过程中，的角度太小了，因此发现定位并不是很准确，通过，应该是第一个舵机给选择对第一个舵机转动角度加上一个固定的角度，减小误差。同时，我还发现在计算工作空间内的位姿逆运动学解时，会出现复数，经过检查，我发现是测量的机械臂长度不对，所以会出现超出工作空间的情况

10、，经过精确测量，我重新调整了参数值，再次测试，抓取的位置是比较精确地，并没有出现更大的偏差。完成了控制模块的初步选择初期选用了 L298N 舵机、电机控制板。该款控制板能同时对4 线）以及 7 个以内的舵机进行独立控制。板内集成了功率驱动1.步进电机（ 2 相，对步进电机的控制无需使用电机自带驱动器。具有 1 路高速 UART 接口，波特率 1152004800 ，支持TTL 或者 RS485 电平模式，可以实现和 PC 机之间的串口通信。对 L298N 控制板硬件进行了一些连接及调试PC 机通过 USB 转串口 的模块与控制器相连，使用的是 RS485 电平接口，通过 ISP2.程序线给控制板供电，供电电压 5V，舵机和步进电机分别用单独电源供电。编写了一些程序，实现了对步进电机和舵机的运动控制。控制板更换3.经过，的控制板需要和步进电机的驱动器相连，通过驱动器对步距角进行细分控制。后续的研究发现，步进电机驱动器如果要和控制板相连接，控制板上必须有多余的 I/O 口。在的控制板上是没有的，所以无法进行驱动器连接。小组经过，决定更换控制板，经过查找资料，发现 Arduino 控制模块不仅涵盖了现有控制板的所有功能，