智能機器人手臂控制設計

論文編號:ZD1249  論文字數:19091,頁數:67  附原理圖，外文翻譯

摘 要
 機器人學是一門邊緣學科，它涉及電子精密機械、空間機構學、操縱動力學、人機工程學等的一門系統工程。本人在已有的機器人手臂的機械結構和機電設計的基礎上，基于Motorola 公司的DSP56805單片機及PC機設計并實現了機器人臂部多關節控制系統。
 設計以MOTOROLA公司生產DSP56805單片機為核心，設計了機器人臂部關節控制節點的硬件電路，并在此基礎上利用C語言編制了機器人臂部關節的DSP控制程序，控制算法中采用了經典的PID控制算法，論文中采用了一種用Matlab模擬仿真來近似確定PID控制參數（Kp、Ki、Kd）的方法。
 最后進行了系統程序、硬件仿真調試，結果表明：系統的軟、硬件設計合理可行。所以機器人設計是符合要求的。
 
 
關鍵詞：
 控制節點、PID控制算法、PID控制參數、DSP56805、Matlab、VC 6.0

Title: Robotic Arms Intelligent Control System
Abstract
 The robotics is an edge course, it involves the precise machine, the space organization, manipulated the dynamics, person  with machine engineering learns a system engineering of etc.. On given foundation of an electric shock the design at the machine structure and machines of the robotic arms ,I have been up and carried out a many joints of the robotic arms control system also according to a singlechip of DSP56805 and the PC machine designs of the company of Motorola.
 The design of thesis’nuclere isthe Motorola company produces a singlechip of DSP56805, designed a joint of the robot arm to control the hardware telephone of the nodal point, and make use of the DSP control procedure that the C language drew up a joint of the robot arm on this foundation, adopting the PID control calculate way of the classic in the control calculate way, adopting in the thesis a kind of with the method that the analog simulation of Matlab looks like the certain PID  control parameter( Kp, Ki, Kd).
 Carried on the debugging of the system procedure and the hardware simulation finally, the result show:This design about system of the software and the hardware don’t only go,but also is reasonable.So the robotic design meets the request.

Keywords:
 Control the nodal point, the PID control calculate way, PID control parameter, DSP56805、Matlab、VC 6.0

目         錄
1緒論 ………………………………………………………………1
1.1項目背景及意義…………………………………………………………………1
1.2 方案論證…………………………………………………………………………2
2 機器人的機械結構介紹…………………………………………3
2.1機器人的一般神經網絡結構圖…………………………………………………3
2.2機器人的臂部機械結構…………………………………………………………4
2.3機器人的臂部關節電機分布圖…………………………………………………4
2.4 小結………………………………………………………………………………5
3 PID算法介紹及位置控制算法…………………………………6
3.1 PID算法簡介……………………………………………………………………6
3.1.1比例運算放大電路……………………………………………………………6
3.1.2積分運算電路…………………………………………………………………7
3.1.3微分電路………………………………………………………………………7
3.1.4 PID調節電路…………………………………………………………………7
3.2電機物理模型……………………………………………………………………8
3.3實際電機的開環階躍響應………………………………………………………9
3.4開環系統模擬仿真 ……………………………………………………………17
3.5閉環比例控制模擬仿真 ………………………………………………………18
3.6閉環比例微分控制模擬仿真 …………………………………………………20
3.7閉環比例微分積分控制模擬仿真 ……………………………………………22
3.8 PWM簡介…………………………………………………………………………25
3.9本章小結 ………………………………………………………………………25
4智能機器人手臂設計硬件電路圖設計…………………………26
4.1擬人機器人臂部電機及電機驅動電路 ………………………………………26
4.2驅動電路的功能介紹說明 ……………………………………………………27
4.2.1 MC33035無刷直流電機控制器概述…………………………………………27
4.2.2 MC33035無刷直流電機控制器的工作原理…………………………………29
4.2.3 MC33039電子測速器概述……………………………………………………30
4.2.4 MC33039電子測速器的工作原理……………………………………………31
4.2.5 三相全波六步無刷直流電動機閉環速度控制電路 ………………………31
4.3臂部節點硬件電路分析 ………………………………………………………32
4.4 臂部節點硬件資源分配 ………………………………………………………33
4.5臂部節點電路設計 ……………………………………………………………36
4.5.1電源電路設計 ………………………………………………………………36
4.5.2濾波電路、時鐘電路、復位電路設計 ………………………………………38
4.5.3 DSP接口電路設計……………………………………………………………38
4.5.4 電機控制接口電路設計 ……………………………………………………41
4.6 本章小結 ………………………………………………………………………42
5擬人機器人機器人臂部關節節點軟件設計 ………………43
5.1 臂部節點軟件功能概述 ………………………………………………………43
5.2 臂部節點軟件流程 ……………………………………………………………43
5.2.1初始化模塊 …………………………………………………………………44
5.2.2主循環模塊 …………………………………………………………………45
5.2.3控制曲線規劃模塊 …………………………………………………………46
5.2.4 PID模塊………………………………………………………………………48
5.3 臂部節點軟件編程 ……………………………………………………………50
5.3.1 靜態配置 ……………………………………………………………………50
5.3.2 IO端口操作…………………………………………………………………51
5.3.3 中斷服務程序 ………………………………………………………………52
5.4本章小結 ………………………………………………………………………52
致  謝 ……………………………………………………………………………53
參考文獻…………………………………………………………………………54
附錄A………………………………………………………………55
附錄B………………………………………………………………56
附錄C………………………………………………………………65