1. 研究目的与意义（文献综述）

随着科技的发展，很多实际生产中也对机械臂功能要求也越来越精细化，特别是在高端研究领域。比如医疗器械、汽车制造业、深海潜艇、火炮、空间站维修等等，对它提出了更高的要求，在小型化、精密化等方面，能满足科研和实际生产的需求。而这些都离不开运动控制系统技术实现的问题。arm嵌入式处理器是一种32位高性能、低功耗的risc芯片，它由英国arm公司设计，世界上几乎所有的主要半导体厂商都生产基于arm体系结构的通用芯片，或在其专用芯片中嵌入arm的相关技术。arm微处理器一般都具有体积小、功耗低、成本低、性能高、速度快的特点，目前arm芯片广泛应用于工业控制、无线通信、网络产品、消费类电子产品、安全产品等。机械臂是高精度，高速点胶机器手。对应小批量生产方式，提高生产效率。除点胶作业之外，可对应uv照射，零件放置，螺丝锁定，电路板切割等各种工作。机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而其广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

总体来看，我国工业机器人技术起步较晚，加之过去国情所限，我国工业机器人发展缓慢，研究及应用水平比较低。随着80年代的国家“七、五”科技攻关计划和90年代实施的863计划，将工业机器人列入发展计划，并逐步形成了如中科院沈阳自动化所、哈工大、上海交大、北京机械自动化所等一批专业机构，展开了机器人基础理论与基础元器件研究，经过广大科技工作者的努力，现以开发了7种工业机器人系列产品，102种特种机器人，实施了100余项机器人应用工程。相继研制出码垛、搬运、点焊、弧焊、喷漆、装配等门类齐全的工业机器人，但是相比于国外的机器人发展，水平仍相对较低。

目前，国际上的工业机器人公司主要分为：日系、欧系。以欧、日为代表的工业强国，其国内工业界将技术水平已经十分成熟的机器人产品作为一种标准的工业设备在工厂中广泛的应用，依靠强大的科技实力，使国内装备制造业的自动化水平有了极大的提高。同时，在这些国家和地区中，涉及机器人研究、生产的企业已经成为所在地的主要支柱产业。这些老牌的工业强国在工业机器人方面都具有很强的技术实力，产品均带有自己的特点，在世界机器人领域都占有一席之地。

2. 研究的基本内容与方案

本文设计一个两自由度关节型机械臂，需对整个机械臂运动控制系统的组成和位置伺服系统分析，利用d-h法建立机械臂的运动模型，根据建立的运动学模型，因为本课题机械臂运动控制系统有水平和垂直方向两个相互独立的子系统，为了描述方便水平方向为x轴，垂直方向为y轴。x轴方向采用为旋转自由度，180度旋转使得路障在抓取后可以从车内运送到车外，y方向上采用平动自由度，在抓取路障后控制抓手的高低位置，可以实现安全顺利的路障收放任务。两个自由度设计为一个是平动自由度是实现机械手的上下运动，另一个自由度为旋转自由度，在竖直纵向空间内实现可以旋转180度。利用matlab机器人工具箱进行轨迹规划和运动学仿真。针对模型与仿真获得工作过程中各关节的角速度、角加速度、驱动力矩等，完成机械臂的运动控制仿真，由此得到伺服系统各电机的工作参数，对于自由度运动的快慢，旋转的角度与平动的位移大小，可以采用pwm调频调速与通过程序设计占空比方波的方式实现电机的运动快慢与起停状态等。设计机械臂运动控制系统方案，设计硬件电路和完成关键功能模块的软件设计及控制系统软件流程设计，实现机械臂特定轨迹运动，并验证其运动的有效性。

本文通过对pid控制驱动各个自由度的电机的分析，对比其他理论阐述其优点。在matlab上对每个自由度的电机的pid控制进行仿真，建立数学模型。制作二自由度机械臂实体，用建立好的控制模型进行控制，以验证理论的有效性。

在搭建电机驱动电路中：

3. 研究计划与安排

第1-2周广泛查阅文献，明确选题，撰写开题报告；

第3-4周修改完善开题报告，并完成英文文献翻译；

第5-7周学习通过d-h算法的建模方式，学习matlab仿真平台的机器人工具箱，完成机械臂的运动控制仿真，由此得到伺服系统各个电机的工作参数；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]曾岩.二自由度机械臂控制系统的设计与实现[d].厦门大学,2008.

[2]霍雯.机械臂运动控制系统设计与实现[d].宁夏大学,2014.

[3]陈红琴.机械臂及其控制系统的实现研究[j].湖北函授大学学报,2015,01:172-173.