本文關鍵詞：基于FPGA的5自由度工業(yè)機械臂控制系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《大連理工大學》 2013年

基于Kinect的遠程機械臂體感控制系統(tǒng)研究

裴巖明  

【摘要】：機器人技術是工業(yè)進步的標志,在某些危險的工作環(huán)境中,它們有著不可替代的作用。Microsoft Kinect傳感器問世后,體感機器人成了當今的一個研究熱點,它有著巨大的潛在價值。 本文設計了一個由FPGA控制的遠程機械臂監(jiān)控系統(tǒng),可以通過體感方式完成機械臂控制。機械臂本體采用六自由度串聯(lián)型機械臂,利用MATLAB Robotics Toolbox建立了它的模型,并完成了機械臂的正運動學、逆運動學和軌跡規(guī)劃求解。 本文采用Altera公司的EP2C8Q208型FPGA作為下位機主控芯片,編寫了Verilog HDL程序包括PWM方式舵機控制程序、串行通信發(fā)送和接收程序、解析上位機發(fā)送給FPGA的控制命令程序、加速度傳感器與FPGA的I2C通信程序、角陀螺儀與FPGA之間的AD轉換程序等。上位機由Lab VIEW編程,計算主要關節(jié)的夾角和腰部轉動角度,實時顯示三維模擬機械臂的運動狀態(tài),采用三種方式控制機械臂運動：上位機直接選擇控制舵機的編號、方向和角度對機械臂進行運動控制；MATLAB與Lab VIEW混合編程,輸入目標點的三維坐標,由MATLAB編寫的機械臂運動學反解程序進行舵機轉角的自動計算和控制；基于Kinect傳感器,用C#編寫了基于空間向量法計算人體雙臂關節(jié)角的程序,實現(xiàn)雙臂體感控制機械臂,其中,左臂負責機械臂肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)俯仰的控制,右臂負責腰部、腕關節(jié)旋轉和手指的控制。Lab VIEW程序生成.exe可執(zhí)行文件,可移植性高。 在上位機中,對雙臂各個關節(jié)夾角進行濾波,提出帶限幅的加權滑動平均濾波算法,并與滑動平均濾波算法、加權滑動平均濾波算法進行了對比分析。 經(jīng)調試,FPGA接收和發(fā)送指令無沖突,機械臂的運動平穩(wěn)且位置準確,Kinect傳感器檢測人體骨骼關節(jié)角正確,LabVIEW可以實時讀取C#生成在文本文件(txt格式)中關節(jié)角的數(shù)據(jù)并進行濾波,能濾除異常數(shù)據(jù)使得曲線平滑,時滯性小,機械臂可夾取形狀規(guī)則的物體。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP242
【目錄】：

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本文編號：228950