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机械臂智能随动系统

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课程简介

机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置,在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同,但它们都有一个共同的特点,就是能够接受指令,精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。其中接受指令的方式有很多,常见的是遥控技术和随动控制技术。遥控技术需要通过训练后才能熟练掌握,相比于过于繁琐的遥控器控制,随动机械臂的优点在于可以使操作更加灵活、简单、人性化,并且使系统更加智能化。
本作品依托科技创新的时代背景和MK10DN512ZVLL10的开发平台进行设计、创作和开发,采用四个舵机、舵机支架、自主加工的若干铝型材,构成了一个具有四个自由度并可以随着人手臂做出的动作而动作的三维机械手臂。如图1所示为该系统的系统框图。
其中肩关节由两个舵机组成,可以上下、前后移动;肘关节由两个舵机组成,可以旋转、上下移动。通过前方和上方的两个摄像头对人右侧手臂动作的识别,经摄像头对两个平面的分别采集、建立一个二维矩阵并通过单片机分析出特征矩阵,经对图像的二值化处理和抗干扰滤波处理后寻找出特征点的质心,根据特征矩阵中质心位置的获取,分别计算出腕关节点、肘关节点和肩关节点的距离和角度,再通过模糊算法计算出角度偏差和偏差的变化率,采用建立的数学模型对舵机输出一个PWM信号,控制舵机的转动,进而控制机械手臂在三维空间的运动。
如图2所示为机械手臂的结构图,①为控制手臂上下运动的舵机,②为控制手臂前后移动的舵机,③为控制肘部旋转的舵机,④为控制肘部上移的舵机。其功能为模仿人右手臂的伸平、上举、下垂、弯曲、旋转、前后绕环等动作,使用者需要在右侧手臂的肘关节、手处各做一个标记,然后在指定区域内对着采集摄像头做出任意动作,机械手就会随着人手臂的动作做出相应的动作。
该系统相关内容介绍:http://forum.eepw.com.cn/thread/223960/1

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