一种多指手及其力/位置控制系统研究

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科技日新月异,高科技的不断发展,促进了经济的快速发展,也促进了人们的生活质量的不断提高。机器人是高科技的代表,因其高智能化,卓越性能而备受人们关注。而末端执行器是机器人不可或缺的一个组成部分,起着相当重要的作用。末端执行器直接和被控对象接触,其结构及性能对被控对象的抓取操作起着非常重要的影响,因而一直是相关研究的重点和热点。且随着末端执行器的研究深入,其应用范围、影响范围也将越来越广。本论文设计了一种多指手作为末端执行器,它由步进电机驱动,装有步进电机编码器、控制器及驱动器以及力传感器,能通过PC机对其进行控制操作。其特点是:尺寸大小和成年人手一致,速度调控范围很广,手指张开闭合角度大,速度及位置控制精度高,带有力传感器,因而具备抓取容易损坏物体的能力。本论文的主要内容有:首先,通过大量阅读参考文献,介绍了关于农业采摘机械手的国内外研究现状。然后,提出多指手应满足的技术要求,根据要求对多指手的组成进行了分析,制定了硬件和软件解决方案。之后,着重介绍了多指手的结构设计,用三维软件对多指手各个组成部分进行了建模,并对多指手的运动过程和受力情况进行了分析。在此基础上从硬件设计和软件设计两个方面对多指手控制系统进行了详细论述。硬件设计主要包括硬件组成介绍,DSP控制板电路设计,并对薄膜压力传感器Force Sensing Resistor(以下简称FSR)进行了数据标定和拟合。软件设计主要包括实现上位机和步进电机之间,上位机和DSP控制板之间的串口通信,实现了对A/D转换芯片TLC3574的读写,以及设计出相关PID控制程序。最后,讨论了多指手的控制策略,并且根据控制策略,结合PID控制器对多指手抓取物体进行了相关的实验研究。通过对步进电机的速度/位置控制实验可知,步进电机响应速度快,控制精度高,通过多指手抓取物体实验可知该多指手能够较好地满足抓取一定种类物体的要求。
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