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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

自从第二次工业革命以来，各种自动机器的投入使用大大促进了机械臂的应用，机械臂作为机器人的一个重要分支，可以按照给定程序，自动对物体进行传送或者操作的机械装置，它以人手为模型，通过控制机器实现人手的动作，是一种可以比较真实地模拟人手的机械。机械臂可以按照写好的程序实现定点抓物，移动物体或者通过某些工具来实现一些特殊的作业。采用机械臂不仅可以提高产品质量，而且节省人力，安全可靠，从而大大提高社会生产效率。因此，对于机械臂控制系统的研究具有十分重要的意义。

国内外研究现状

目前，国际上的工业机器人公司主要分为欧系和日系，以欧、日为代表的工业强国将其成熟的机器人产品作为标准工业设备在工厂中广泛应用，依靠领先的科技，极大地提高了其国内自动化水平，同时，有关机器人的研究生产甚至已经成为其支柱产业。如瑞典的ABBRobot公司是世界上最大的机器人制造公司，德国的KUKA公司生产的机器人具有坚实的结构和驱动方案，稳定的机械性能和抗震能力，轻重量、大扭力、高韧性等特点。而日本素来有“机器人王国”的美誉，不仅工业机器人技术十分成熟，在相关基础技术领域也十分成熟。在机器人产量上，日本高居首位，基本实现了市场垄断。

我国的机器人技术起步较晚，随着863计划的实施，我国相继成立了如中科院沈阳自动化所、哈工大、上海交大等一批专业机构，对机器人技术展开研究。不同于人工智能，机器视觉等其他处在理论研究热点的机器人领域，目前传统工业机器人上所用的控制技术（正逆运动学，正逆动力学，轨迹规划，参数识别，误差补偿等）在理论上已经十分成熟了，但是在技术上，大概要比国外四大企业（ABB，fanuc，库卡，安川）落后15年左右，即使和国外的二流企业相比也要落后5-10年。工业机器人的三大核心零部件的关键技术：控制器、减速机、伺服电机及其控制技术，我们都处于起步阶段，还有待发展。

2. 研究的基本内容

（1）目前机械臂的应用前景，国内外现状

目前机器人技术应用广泛，在国外已经十分成熟，在国内也相当普及，因此，机械臂系统很有应用前景。

（2）通过软硬件结合实现对机械臂的初步控制

本设计基于stm32系统，将机械臂与计算机建立联系，通过软件编程实现对机械臂的初步控制。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

如图所示，计算机通过j-link仿真器将程序烧录到stm32单片机上，stm32通过产生pwm占空比信号驱动sg90塑料舵机，带动机械臂的关节机构完成动作，位于腰关节前的超声波将测得的距离信息实时反馈给单片机，单片机及时根据反馈作出相应的调整，以输出新的pwm占空比信号，实现了闭环控制。同时，当前状态实时显示在tft液晶屏上，供控制者参考。

4. 参考文献

[1] 关晓斌. 机械手(臂)旋转动作驱动控制系统的设计[d]. 东北大学, 2006.

[2] 梁天培,冯海堃. 微型计算机控制的机器人手臂的设计[j]. 机器人,1987,(01):35-43.

[3] 梁天培,冯海堃. 三自由度机械臂的继电式控制[j]. 控制理论与应用,1989,(02):17-24.