基于matlab的机械臂运动控制与实验开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

在包装机械中,机械化智能化操作是企业改革的主方向。大部分企业机械化智能化改造中各类型的机器人机械臂等得到广泛使用。而现有机械臂的功能结构单一,控制系统多样,面对多样的应用场景,开发应用困难,不能满足企业实际需求。所以找到一种方便的控制方法,来提升机械臂的应用开发便利性,显得十分重要。

因此,本课题将以桌面小型机械臂为操作载体,结合视觉识别和机械手抓取功能,完成机械臂柔性抓取的电脑实时控制,为未来实际的应用进行技术探索。既然要使用电脑实时控制,就必须找到一种电脑和机械臂的通讯方法,也必须选择对应的软件来实现在电脑上的操作。

对于软件,选择的是著名的数学软件matlab,它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如c、fortran)的编辑模式。matlab可以进行矩阵计算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,而且已经应用于应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

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2. 研究的基本内容与方案

经过初步收集资料和理解,括cobotta在内的机器人机械臂,它内部的控制器接收的是末端的坐标信息或者各个关节角信息,内部的控制器便能控制机器人做出相应的动作。若想通过离线编程对机器人进行控制,则需要外部软件能通过机器人提供的接口和机器人进行通讯,需要一个link的程序和驱动,外部配件比如手爪和摄像头也需要相应的驱动。cobotsys或者ros这种二次系统实现的就是这种功能,它们有大多数品牌的的接口,能和机器人的底层系统连接通讯,也能写入相应的驱动程序。而对于matlab,通过查找资料,也没有直接连接工业机器人的实例,也没有相应的开发,所以对于本次的课题,想用matlab来驱动机器人,必须通过中间的软件或者控制器,使用它们的连接和驱动程序。查阅资料可知matlab有和ros连接的工具包,而cobotsys和ros功能类似,或许它们可以作为这个中间体,所以之后的方向是对matlab和ros/coboysys的连接通讯进行探索。

对于matlab,它起的作用应该是实现分析计算的工作,比如说根据末端执行器所应该到达的位置,逆解出各个关节的转角,发送给ros/cobotsys,ros/cobotsys进而驱动机器人。而且matlab也有一个很好的gui设计功能,可以根据不同的应用场景搭建不同的操作界面,并设置相应的控件,为每个控件编写相应的程序控制机器人完成相应的功能。

初步的目标和方案为:在matlab中,使用gui设计一个界面或者搭建一个场景,为每个控件编写相应的程序代码,操作控件后运行相应的程序,计算出相应的关节角或者末端的位置姿态,把计算后得到的数据发送到ros中去。ros接收到数据后,启动相应的驱动程序,通过电脑的端口,发送给实体机器人,驱动机器人做出相应的动作。

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3. 研究计划与安排

第1-2周:完成调研收集分析有关资料,了解机械臂的结构及驱动原理;

第3 -4周:学习相应的软件操作,提出设计思路和内容,确定方案,完成开题报告;

第5-6周:设计并实验matlab与机械臂通讯方案;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]aaron martinez;enriquefernandez,learning ros for robotics programming[m],机械工业出版社,2014

[2]李珺茹,齐立群,韩文波.六自由度机械臂运动学分析与轨迹优化[j].长春理工大学学报(自然科学版),2019,42(01):68-73.

[3]李浩,郑智贞,黄顺舟,杨富伟,刘泽宇.基于ros的工业机器人轨迹规划和仿真[j].组合机床与自动化加工技术,2018(12):59-62.

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