果蔬采摘机器人离线编程及控制系统设计

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本文在国家高技术研究发展计划(863计划:项目编号:2006AA102257)“温室内全方位自主行走果蔬采摘机器人关键技术研究”项目的资助下,在对六自由度果蔬采摘机器人进行运动学分析、工作空间分析、轨迹规划研究基础之上,结合三维图形库OpenGL和CML(Cople.Motio.Library)运动控制库开发了果蔬采摘机器人离线编程控制系统,论文所做的主要工作如下:   (1)根据D-H变换理论,建立了机器人的正运动学和逆运动学模型;结合分解法和包络解析法求解了机器人工作空间,给出了工作空间的边界图;借助齐次变换矩阵及矢量积方法推导出机器人的雅可比矩阵;运用奇异值分解方法对机器人奇异位形进行了分析。   (2)为保证关节速度和加速度的连续,应用五次多项式插值轨迹规划,为实现CP(Continuou.Pat.Control)控制,在直角坐标空间内分析和推导直线轨迹规划算法和圆弧轨迹规划算法,并用Matlab仿真了直线轨迹规划。   (3)采用了基于PC和CAN控制卡的开放式控制结构,选用ZLG-PCI511.CAN控制卡、Copley伺服驱动器、Maxo.R.35直流电机和光电编码器、传感器搭建了系统的硬件平台,使用CME2调试软件设置电机运行的各项参数,确保电机可靠平稳运行。   (4)在上述研究的基础上,编写了基于OpenGL和CML的机器人离线编程控制系统软件程序,系统模块主要有:图形仿真模块,利用OpenGL计算机三维图形库建立了机器人的模型和可视化的场景;运动仿真模块,实现了关节空间和直角坐标系空间下的运动仿真;轨迹规划模块,实现了直线轨迹规划和圆弧轨迹规划;电机控制模块,运用CML运动控制库实现多轴协调控制;碰撞检测模块,利用检测直流电机电流的方法判断是否发生碰撞;数据转换模块,从离线编程系统生成的插补点文件中解析出数据,以控制实际机器人。   本文研究工作对六自由度果蔬采摘机器人的实际应用具有重要的现实意义和实用价值。
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