制造业自化
多自由度机械臂运动控制系统的设计与仿真
Designand simulationwithmultipledegreesoffreedommanipulatormotioncontrol system
吴硕，吴桐，赵继忠
WUShuo',WUTong,ZHAO Ji-zhong
（1.辽宁装备制造职业技术学院，沈阳110161：2.北京机械工业自动化研究所，北京100120）
摘要：设计了一种五自由度链式结构的机械臂，其运动控制器采用两级控制方式。上位PC机负责整
个系统的管理、运动学计算、轨迹规划、通讯等，下位机采用TI公司的TMS2407DSP作为控制核心，负责对运动控制系统进行速度控制、位置反馈、PWM波的输出、事件中断管理等。利用MATLAB和ADAMS软件对单关节运动控制系统进行了仿真。
关键调：机械臀：DSP；ADAMS；关节
中图分类号：TP27
文献标识码：A
Doi; 10.3969/J.issn.10090134.2014.10(上).31
0引言
根据教学实训的需要，设计了一个五自由度的机械臂，该机械臂运动控制系统采用两级控制方式。首先设计了机械臂硬件电路，其次给出了软件设计的思路和流程，最后，通过MATLAB和 ADAMS软件对机械臀单关节进行了运动控制仿
真，得到较理想的结果。 1系统的总体设计 1.1机械臂机械结构方案
机械手臂整个结构为空间关节型的，其装配示意图如图1所示。该机械臂具有五个自由度，分别为：腰关节、肩关节、臂关节、肘关节、腕关节，均为转动关节。其中底盘（腰关节）实现机械臂本体机构的转动；底盘与大臂、小臂三个关节实现空间位置的定位：腕关节两个自由度实现仰和摆动，通过改变手爪的位姿，方便负载的抓取。
图1机械手装配图
1.2驱动电机
目前工业机器人运动控制系统中常用的电机有：直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机收日期：2014—04-17
文章编号：1009-0134(2014)10(上)0108—03
等。考虑到机械臂系统应用于教学，我们采用简单且利于控制的小型直流伺服电机。在选用电机型号的同时，还要考虑电机的尺寸及对应的机械臂关节所能承受的最大转矩。在本系统中大臂的仰视所承受的力矩最大，通过静力学估算1]，得知所受力矩为13.6N-m。我们选择MAXON公司的 RE-max24系列的直流电直流服电机作为驱动电机与减速器。
1.3关节控制器的总体设计
控制系统采用PC上位机和DSP下位机两级分布式控制结构，其系统结构如图2所示。
PC上载机 MX232
TMS320LF2407
微置环
速度环
PWM
A.券号 z编号
零原室
编5a
图2运动控制系统总体设计
2控制单元硬件设计
电器百
我们采用TI公司的TMS320LF2407型DSP作为
作者简介：吴硕（1982-），男，沈阳人，讲师，硕士，研究方向为电气传动和工业控制技术。
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第36卷第10期2014-10(上）