基于LabVIEW的带有力反馈的掰手腕机器人控制系统设计

发布时间：2018-01-03 01:40

本文关键词：基于LabVIEW的带有力反馈的掰手腕机器人控制系统设计　出处：《安徽工程大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：掰手腕机器人在人们的日常生活中可应用于多个方面,如医疗康复、娱乐、教育科普等,实用价值较高,社会意义较大。近些年来掰手腕机器人在机器人领域受到了广泛关注,一些高校、科研单位开始对其进行研究。它模仿了人类的上肢结构与发力状态,可以与人类进行掰手腕比赛。掰手腕机器人的研究需要诸多学科知识作为知识储备,从生物力学到机械设计,从硬件系统到软件控制系统,从微电子到人机交互等,涉及范围非常广泛。而LabVIEW由于其强大的功能以及开发的便利性,在现今的自动化行业中广为应用。本文首先介绍了掰手腕机器人在国内外的发展现状,在此基础上从硬件设备、传感器标定处理、数字信号处理、控制算法以及上位机设计这几个方面对掰手腕机器人的控制系统进行了详细的阐述。人在给机械臂一个力时,传感器开始捕获力信号,数据采集卡采集传感器上的模拟信号并将其转化为数字信号传送至上位机,上位机控制系统根据此信息结合控制算法,确定相应的电机转向与转速,进而将相应的指令通过串口发送给电机驱动器,通过电机转动来带动机械臂运转将力反馈给人,这样就形成了一套力反馈系统。在比赛过程中,人可以感受到机械臂实时调节的力,使得比赛更具有临场真实感,实现了实时在线的人机交互。本文主要研究内容从以下几个方面来介绍:简要的介绍了控制系统、电机驱动硬件信息以及数据采集模块的信息;完成了传感器的标定工作,并介绍了标定的步骤和方法;为了提高标定的准确度,使用了卡尔曼滤波结合加权平均滤波的方式对标定信号进行了去噪处理;根据不同温度条件下传感器的工作状态产生的变化,完成了传感器的温度补偿工作。使用LabVIEW进行了掰手腕机器人上位机控制系统设计。通过RS-232串口通讯与电机驱动器相连接,接收实时的力反馈数据,并根据设定好的控制算法计算得出的结果,发送相应指令,使得掰手腕机器人根据指令运作,实现了力反馈。该上位机还负责比赛结果以及比赛的数据显示、数据存储等功能,实现了人机交互。最终,通过对上述工作内容的研究,完成了使用LabVIEW设计的掰手腕机器人上位机控制系统的工作,并根据实际操作验证了该控制系统的可行性与有效性。
[Abstract]:This paper introduces the development situation of wrist - wrestling robot in the field of robot . In order to improve the accuracy of the robot , the sensor starts to capture the force signal , the data acquisition card collects the analog signal on the sensor and converts it into digital signal . The operation of the control system of the arm - wrestling robot upper computer using LabVIEW is completed , and the feasibility and effectiveness of the control system are verified according to the actual operation .

【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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