【基于51单片机的机械臂控制系统设计11000字（论文）】

基于51单片机的机械臂控制系统设计摘要机械臂是一种机械驱动器，可以手动替换特定空间中的往复运动。本文研究机械臂的结构并分析机械臂的运动特性。结合现场应用的实际需求，开发了一种满足柔性生产需求的控制系统，最后对机械臂稳定性控制算法进行了理论验证。本文利用有关单片机，Arduino和机械臂的相关知识来开发基于单片机的机械臂，并详细介绍了其控制系统的软件和硬件设计。机械臂可以模仿人的上肢以执行简单的动作，这就是为什么它对于实验训练演示平台，生产或生活非常重要。关键词：机械臂硬件软件目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 结论本文以四自由度混联机械臂为研究对象，具体完成工作如下：（1）根据机械臂的特殊机械机构，分析其机械特性，建立机械臂的运动学模型，通过齐次变换得到机械臂各驱动轴的空间坐标位置，即运动学正解和逆解，并通过引入坐标值来衡量理论的正确性。通过一阶和二阶推导，得到了速度和加速度的正、逆运动学解。针对机械臂的奇异性，采用雅可比矩阵进行分析，结合机械臂的力学约束，用数值方法计算机械臂理论工作空间的具体参数和关系。（2）根据并联四杆结构机械臂的特点，分别采用坐标系空间齐次变换法和空间几何法分析了机械臂的正、逆运动学位置，建立了运动学模型。在此基础上，通过软件编程控制验证了机械臂模型的正确性。得到了加速度位置的正解和负解。通过软件模拟了机械臂的运行空间，并用雅可比矩阵法分析了机械臂的运动奇异性。参考文献[1]裴红蕾.机械臂关节空间轨迹的神经网络滑模跟踪控制[J].制造技术与机床,2020(05):43-48.[2]李萍,祁鲲,李萱.单片机课程实践教学模式改革探讨[J].中国现代教育装备,2020(07):63-65+68.[3]李懿,秦鹏,杨会丰.悬挂式协作机器人设计与分析[J].重庆理工大学学报(自然科学),2020,34(04):130-135.[4]巢惠世,梁宏斌,蔡土淇.基于Linux的机械臂实时控制系统研究[J].信息技术与网络安全,2020,39(04):81-85.[5]蔡东伟,田金柱,秦方玮,陈赋秋.新型智能铺路机路径规划及控制系统设计[J].中国设备工程,2020(07):31-33.[6]荆泓玮,朱延河,赵思恺,张清华,赵杰.外肢体机器人研究现状及发展趋势[J].机械工程学报,2020,56(07):1-9.[7]方五益,郭晛,黎亮,章定国.柔性铰柔性杆机器人动力学建模、仿真和控制[J].力学学报:1-9[2020-05-19].[8]张玉玲,谷勇霞,赵杰亮,阎绍泽.机械臂臂杆刚度主动控制下的末端振动特性研究[J].力学学报:1-14[2020-05-19].[9]王泰华,田辈辈,高煜欣.基于改进自适应算法的机械臂位置/力控制研究[J].制造业自动化,2020,42(03):85-89.[10]沈运,谢荣理,赵艳娜,付庄,王尧,张俊,费健,张铁锋.远程控制超声扫描的远端操纵系统[J].机械与电子,2020,38(03):48-52.[11]杜宇轩,魏榕山.一种新型3D霍尔摇杆及机械臂系统设计[J].传感器与微系统,2020,39(03):102-105+108.[12]韩兴国,陈海军,崔立秀,宋小辉,殷国富.三自由度机械臂增材制造装置及控制系统设计[J].重庆理工大学学报(自然科学),2020,34(03):97-103.[13]王磊,陈辰生,张文文.两自由度机械臂动力学模型的建模与控制[J].信息通信,2020(03):40-42.[14]戴士杰,成俊,张慧博,王小军.基于增量耦合预测控制的风电叶片打磨机械臂末端颤振抑制研究[J].振动与冲击,2020,39(05):235-243.[15]毕伟,谈横.串联型机械臂的自适应鲁棒容错控制研究[J].机床与液压,2020,48(05):63-67+72.[16]殷凤来,韩杨硕,雷歌.智能垃圾车自我控制装置设计[J].内燃机与配件,2020(05):231-233.[17]孔令升,崔西宁,郭俊广,宋展,孙红雨.基于时域编码结构光的高精度三维视觉引导抓取系统研究[J].集成技术,2020,9(02):38-49.[18]陈浩文,张文辉,钟秋波,周书华,叶晓平.工业机器人基于工作空间的力/位PID控制系统研究[J].丽水学院学报,2020,42(02):8-14.[19]李小岗,王红都,黎明.自主水下航行器机械臂系统非线性PD控制器设计[J].水下无人系统学报,2020,28(01):24-32.[20]李洪超.浅谈助力机械臂在火工品装配中的应用[J].科技与创新,2020(05):158-159.[21]王飞,李瑶.基于脑电波控制的智能机械臂设计[J].信息与电脑(理论版),2020,32(04):132-134.[22]潘威,高杰,高宇,薛岚.自适应机器人系统优化设计与分析[J].科技创新与应用,2020(06):37+40.[23]陈芳.三自由度关节式机械臂轨迹控制研究[J].自动化技术与应用,2020,39(02):72-76.[24]张瀚文,卢欢,刘润湘,孔磊,郝奕涵.一种基于单片机控制的多功能儿童床[J].科技资讯,2020,18(06):11-13.[25]赵宇飞,张中哲,李科,王燕波,程远超.一种长悬臂梁结构动力学建模方法[J].导弹与航天运载技术,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,