基于多自由度机械臂的目标抓取力控研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:imyylam
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在众多机械手臂的工作任务中,不仅要求机械臂能够做出理想的空间运动,同时也要求机械手在机械臂运动过程中维持合适的抓取力,而且被抓取对象也不一定是单一的、规则的物体,机械手臂需要适应不同重量、不同形状的被抓取对象,甚至还需要确保易损类目标对象在抓取过程中的安全性。针对上述问题,本文设计实现了六自由度机械臂的运动控制方法,并且提出了一种基于自主搭建机械手的抓取力模糊增量式PID控制算法,提高了机械手臂在实际工作中的抓取力稳定控制。目标抓取系统的环境搭建方面,其主要由六自由度机械臂,机械手小型系统,深度相机三个大部分组成。深度相机采集目标物体的图像并匹配查询预设物体信息库,对比之后获得目标物体的预设重量数据,然后传输到机械手小型系统的控制器中。控制器根据得到的目标物体重量信息计算期望抓取力,传感器实时获取机械手对目标物体的夹持力,闭环控制实时调整机械手的抓取力大小。深度相机获取目标位置信息,通过坐标变换得到机械臂坐标空间中的坐标信息,机械臂规划空间运动轨迹并移动到适合抓取目标物体的位置,最后控制机械手安全稳定的抓取目标物体。六自由度机械臂运动控制方面,首先介绍了ROS平台并对六自由度机械臂建立了URDF模型,然后通过ROS平台下的Move It!实现了对机械臂的运动控制,其中分析了笛卡尔空间中机械臂运动轨迹规划的基本原理,最后通过Rviz可视化操作平台和Python编程实现了六自由度机械臂在关节空间和笛卡尔空间中的自主避障运动。机械手抓取力控制方面,首先介绍分析了增量式PID算法以及模糊控制理论的核心内容,并对自主搭建机械手进行了系统传递函数辨识,然后基于两者的控制思路提出了一种基于自主搭建机械手的抓取力模糊增量式PID控制算法,最后通过MATLAB平台实现了算法的仿真实验。最后,在搭建的实验环境中设计了抓取力控制实验,并且分析总结了本文的工作内容以及在工作中的不足,展望了未来研究的新思路与重点。
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