机器人智能控制系统实验平台软件的设计与实现

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:koala01250708
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多功能机械臂可以用于全驱动机器人实验教学工作,也可以用于欠驱动机器人的实验研究,全驱动与欠驱动功能间的转换简单、方便,通过安装、卸去驱动器就能轻松实现,但是关于机器人系统开发的软件并不多,所以需要自行开发了可以实现全驱动/欠驱动转换的机器人智能控制系统实验平台软件。本文采用固高多功能四自由度机械臂作为实验平台机器人,该机器人有四个串联关节,可以完成单轴点动,多轴联动两种运动模式,主要用于研究不同控制算法对于机器人结构的动力学特性的影响等实验教学工作。本文完成了机器人智能控制系统实验平台软件的需求分析、软件结构总体设计与实现、模块详细设计与实现、软件测试。首先根据软件需求以及需求分析原理,从需求三个不同层次,详细的描述和分析本课题所要开发的软件的需求,为实验平台软件的全局架构设计以及局部模块化设计提供了理论依据。采用多线程技术、高精度定时技术以及组件技术实现了实验平台软件定时功能以及VC与MATLAB相互调用方法,明确了系统硬件环境、软件开发工具以及开发平台。将控制系统实验平台软件划分为模块,确定各个模块需要实现的功能,进而对软件的软件结构与数据流程进行设计。针对划分好的模块分别进行功能的设计与实现。首先,建立了2R机械臂的动力学模型,给出了位置反解算法,完成系统建模模块的设计与实现;其次,根据PID控制以及模糊控制理论,设计基于模糊PID控制的模糊控制器,完成了控制仿真模块的实现;再次,描述了COM组件模块的配置与生成,实现在VC程序中调用,完成了组件模块的需求;最后,通过GT400系列函数库完成主机与运动控制器之间的通讯模块设计。最后详细介绍了软件界面设计情况,各个功能模块的操作。提供了控制系统软件的实现。运行测试报告并对报告进行分析。证明控制系统实验平台软件能够与控制系统硬件一起控制机器人正常运行,完成工作任务。本文所提出的核心技术以及模糊PID控制算法,在智能控制系统实验平台上全部得以实现,可以用于实际多功能四自由度机械臂的控制,并且能够通过控制实验验证文中提出的模糊PID控制算法的合理性、准确性。
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