復(fù)雜機(jī)電課程提交工作報告-一部一組

1、的主要內(nèi)容為小組各位成員在課程設(shè)計(jì)過程中做出的貢獻(xiàn)和工作量。組一開始的分工為：小在具體的執(zhí)行過程中，由于碰到了一些沒有預(yù)料到，所以采取的原則是合理的分工和有效的協(xié)作。每位組員基本完成了上述的任務(wù)，但是對于幾個比較的問題，采取了合作解決的方式。各位組員的具體工作分別整理如下：（組長）擔(dān)任組長，組織和監(jiān)督組員完成任務(wù)，集思廣益解決問題，負(fù)責(zé)整理報銷、撰寫小1.組等的瑣碎內(nèi)容。為了加快和保證每周的進(jìn)度，每周都至少會碰頭一次，除了組內(nèi)匯報各自任務(wù)的完成情況，還對存在進(jìn)行集思廣益，合作解決。由于組對控制和機(jī)器人運(yùn)動學(xué)的內(nèi)容缺乏理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以在這方面樣也保證了整體的進(jìn)度不會因?yàn)橐徊糠謨?nèi)容遇到了，都是

2、一起合作解決的，這而拖慢。每周我都會對組的工作情況作，撰寫詳細(xì)的，一方面作為以后方案修改思路的備案，另一方面可以算作組內(nèi)的自我總結(jié)和經(jīng)驗(yàn)概括；機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、委托加工和裝配本課題設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，除關(guān)節(jié)舵機(jī)為2.成品件，夾爪舵機(jī)為對夾爪的改裝外，其他均為設(shè)計(jì)并委托加工的工件；加工好后還需要進(jìn)行裝配、調(diào)試，并且針對可能存在進(jìn)行修改，直至結(jié)構(gòu)滿足要求；部分元器件的選型由于舵機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等的元件本身為動力來源，又與機(jī)械結(jié)構(gòu)有著千絲萬縷的聯(lián)系，3.所以考慮到設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的需要，須有我來進(jìn)行這類主要元件的選型和；同時，這部分也涉及到必要的安裝等；整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和安裝，輔助調(diào)試機(jī)械整體結(jié)構(gòu)安裝結(jié)束后，4.首先

3、就機(jī)械臂主體進(jìn)行運(yùn)動和控制方面的實(shí)際調(diào)試，在發(fā)現(xiàn)相機(jī)無法安裝在機(jī)械臂末節(jié)后，決定另外設(shè)計(jì)相機(jī)安裝支架以及機(jī)械臂的安裝平臺，在這個上再進(jìn)行機(jī)械臂的控制效果調(diào)試。相機(jī)選型按照1.最初的方案，相機(jī)需要安裝在機(jī)械臂末端，由機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)進(jìn)行環(huán)形搜索來尋找小球。考慮到穩(wěn)定性，最初想采用 CCD 相機(jī)，但在了一些 CCD 廠商后發(fā)現(xiàn)其價格太貴。后來經(jīng)過調(diào)研，機(jī)。經(jīng)過驗(yàn)證，其能滿足網(wǎng)購了一款具有良好防抖性能的全局快門的 CMOS 相的需求。后來由于機(jī)械結(jié)構(gòu)問題方案修改后，需要將相機(jī)掛在場地上方，經(jīng)過驗(yàn)證其仍能滿足需求。對相機(jī)的控制2.由于決定采用進(jìn)行圖像處理，所以對相機(jī)的控制也在中進(jìn)行。經(jīng)過查閱資料，了解到數(shù)實(shí)

4、現(xiàn)了對相機(jī)的控制。的圖像獲取工具箱提供了必要的函數(shù)，通過調(diào)用這些函分工（組長）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、舵機(jī)（電機(jī)）等硬件選型、3D 建模及制造、裝配CCD 相機(jī)選型、視覺測量：輪廓尋找+位置坐標(biāo)輸出；石義園機(jī)器人運(yùn)動學(xué)：機(jī)器人運(yùn)動學(xué)反解：輸出各舵機(jī)及步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角整體控制：與視覺測量結(jié)合+與各舵機(jī)（電機(jī)）結(jié)合部分圖像處理考慮到3.圖像處理的便捷性，決定在中進(jìn)行圖像處理。編寫了圖像處理的程序，實(shí)現(xiàn)了單個及多個小球位置的識別并輸出其像素坐標(biāo)。相機(jī)標(biāo)定為了將圖像處理后得到的小球像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中，進(jìn)行了相機(jī)標(biāo)定工作。4.經(jīng)過查閱資料，了解了相機(jī)標(biāo)定的基本原理，并決定采用標(biāo)定法進(jìn)行標(biāo)定。研讀a Plane

5、 from Unknown標(biāo)定工具箱，完成了相了的 Flexible Camera Calibration by ViewingOrienions，了解了其標(biāo)定法的原理，并利用其提供的機(jī)的標(biāo)定工作。坐標(biāo)變換5.得到相機(jī)的標(biāo)定參數(shù)后，根據(jù)世界坐標(biāo)的工作。系統(tǒng)總體控制提供的方法，實(shí)現(xiàn)了將小球的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到6.根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，確定了整體控制框架，編寫了總體控制程序，并出于調(diào)試方便及操作簡便的目的編寫了人機(jī)界面。石義園查找算法首先確定了查找資料的主要目標(biāo)，多1.度的機(jī)器臂的運(yùn)動學(xué)規(guī)劃，包括路徑規(guī)劃、逆運(yùn)動學(xué)求解相關(guān)的知識。在查找資料的過程中，逐步確定需要使用的路徑規(guī)劃算法是rtenberg 算法，

6、該算法需要確定 6 組參數(shù)，才能求解出最終需要的運(yùn)動學(xué)解。Denavi驗(yàn)證算法可行性確定采用 Denavi2.rtenberg 算法之后，便根據(jù)組所設(shè)計(jì)的機(jī)器臂模型進(jìn)行代入演算，初步選取的三個關(guān)節(jié)臂的長度分別為 15cm/15cm/10cm，經(jīng)過建模，得到整個機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡化模型。經(jīng)過設(shè)定初始參數(shù)，計(jì)算得出相應(yīng)的逆運(yùn)動學(xué)，并最終通過在紙上畫圖，基本可以確定該算法用于進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真的機(jī)械結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。3.算法的準(zhǔn)確性確定之后，就需要查閱資料，確定算法的仿真和編寫方式。通過網(wǎng)上查閱資料，發(fā)現(xiàn)中有相關(guān)的工具箱可以進(jìn)行機(jī)器臂的仿真工作，也就是 robotics工具箱，通過網(wǎng)上查找、，安裝好了該工具箱。在

7、網(wǎng)上查找了關(guān)于機(jī)械的仿關(guān)資料，以及的程序編寫參考資料，自學(xué)了關(guān)于仿真的相關(guān)程序編寫知識。通過編寫相應(yīng)的仿真程序，調(diào)節(jié)三個的長度，逐步檢驗(yàn)在工作空間內(nèi)是否存在奇點(diǎn)或是。通過選擇三個典型的位姿，檢驗(yàn)機(jī)器臂所能達(dá)到的最遠(yuǎn)的位置和最近的位置，并且計(jì)算出實(shí)際的舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動角度。通過多次調(diào)節(jié)仿真參數(shù)和末端位姿，基本可以得出結(jié)論，在開始所設(shè)定的直徑600mm 的區(qū)域內(nèi)，機(jī)械臂可以達(dá)到最遠(yuǎn)段的位置，并且不出現(xiàn)和超出范圍的位置要求；在直徑 300mm 的位置，機(jī)械臂也是可以達(dá)到想要的位置，并且保持最終的位姿不出現(xiàn)和超出范圍。編寫算法程序本階段的主要工作就是結(jié)合前期調(diào)研確定的算法，最終在序，同時需要

8、和視覺測量和運(yùn)動控制部分做好接口。4.中編寫出算法程整個算法程序的編寫經(jīng)歷了三個版本。第一個版本是基于最初選定的 D-H 算法，該算法需要的參數(shù)較多，包括有末端位姿的旋轉(zhuǎn)、平移和實(shí)際坐標(biāo)，通過算法程序去實(shí)現(xiàn)計(jì)算這些相應(yīng)的參數(shù)值是比較的，因此我放棄了該算法程序。第二個版本是通過查閱哈爾濱工業(yè)大學(xué)的一篇確定的，該算法的要點(diǎn)就是要保持末端抓球的姿態(tài)是固定的，即以一個固定的角度去抓取小球，通過自己的演算，覺得該算法是可行的，同時在的機(jī)械臂上使用也是可以的，因此就選定該算法作為算法程序，開始了編寫工作。編寫完成之后，我代入實(shí)際的參數(shù)值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)該算法存在不穩(wěn)定的地方，例如計(jì)算超出抓取范圍的位置時，它也會

9、得出一個不可行的解，如果在實(shí)際測試過程中發(fā)生這種情況，極有可能對機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞，因此最終還是選擇放棄該算法程序。算法程序的第三個版本是和組員之后確定的，即保持最后一節(jié)臂與水平面垂直，這樣就能減少計(jì)算量，避免太多的運(yùn)算工作，簡化計(jì)算過程。調(diào)試算法在該階段也是最終的調(diào)試驗(yàn)收階段了，主要工作就是完成程序結(jié)合，并且完成最后的抓球工作。5.在開始調(diào)試過程中，的角度太小了，因此發(fā)現(xiàn)定位并不是很準(zhǔn)確，通過，應(yīng)該是第一個舵機(jī)給選擇對第一個舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度加上一個固定的角度，減小誤差。同時，我還發(fā)現(xiàn)在計(jì)算工作空間內(nèi)的位姿逆運(yùn)動學(xué)解時，會出現(xiàn)復(fù)數(shù)，經(jīng)過檢查，我發(fā)現(xiàn)是測量的機(jī)械臂長度不對，所以會出現(xiàn)超出工作空間的情況

10、，經(jīng)過精確測量，我重新調(diào)整了參數(shù)值，再次測試，抓取的位置是比較精確地，并沒有出現(xiàn)更大的偏差。完成了控制模塊的初步選擇初期選用了 L298N 舵機(jī)、電機(jī)控制板。該款控制板能同時對4 線）以及 7 個以內(nèi)的舵機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制。板內(nèi)集成了功率驅(qū)動1.步進(jìn)電機(jī)（ 2 相，對步進(jìn)電機(jī)的控制無需使用電機(jī)自帶驅(qū)動器。具有 1 路高速 UART 接口，波特率 1152004800 ，支持TTL 或者 RS485 電平模式，可以實(shí)現(xiàn)和 PC 機(jī)之間的串口通信。對 L298N 控制板硬件進(jìn)行了一些連接及調(diào)試PC 機(jī)通過 USB 轉(zhuǎn)串口 的模塊與控制器相連，使用的是 RS485 電平接口，通過 ISP2.程序線給控制板供電，供電電壓 5V，舵機(jī)和步進(jìn)電機(jī)分別用單獨(dú)電源供電。編寫了一些程序，實(shí)現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)的運(yùn)動控制?？刂瓢甯鼡Q3.經(jīng)過，的控制板需要和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器相連，通過驅(qū)動器對步距角進(jìn)行細(xì)分控制。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器如果要和控制板相連接，控制板上必須有多余的 I/O 口。在的控制板上是沒有的，所以無法進(jìn)行驅(qū)動器連接。小組經(jīng)過，決定更換控制板，經(jīng)過查找資料，發(fā)現(xiàn) Arduino 控制模塊不僅涵蓋了現(xiàn)有控制板的所有功能，