本文關鍵詞：基于前臂運動的體感控制系統(tǒng)設計

  更多相關文章： 體感控制系統(tǒng) 前臂運動 濾波算法 慣性傳感器 六自由度機械手臂 運動仿真

【摘要】：隨著傳感器技術的進步,基于體感技術的智能應用發(fā)展迅速,特別在智能機器人控制方面的應用技術取得了長足進步。本文設計了基于前臂運動的體感控制系統(tǒng),系統(tǒng)以六自由度機械手臂作為控制載體,通過對前臂運動信息進行采集,并將采集的信息轉化為六自由度機械手臂控制信號,從而實現(xiàn)人體前臂運動對六自由度機械手臂的體感控制。本文針對該系統(tǒng)進行了以下方面的研究。首先,本系統(tǒng)采用了模塊化的系統(tǒng)硬件設計,由數(shù)據(jù)采集模塊、主控制模塊和機械手臂控制模塊三部分構成硬件平臺。數(shù)據(jù)采集模塊由單片機作為協(xié)處理器控制下的慣性傳感器集合構成,對人體前臂進行多結點運動狀態(tài)信號采集,將采集到的多通道運動狀態(tài)信號傳輸至由單片機為控制核心的主控制模塊進行數(shù)據(jù)處理,同時將控制信號發(fā)送至機械手臂控制模塊進行運動控制,以通過機械手臂模擬人體前臂的運動姿態(tài)。其次,本系統(tǒng)針對硬件平臺模塊分別設計了控制軟件。數(shù)據(jù)采集模塊控制軟件用于協(xié)處理器采集各個慣性傳感器的姿態(tài)數(shù)據(jù)并通過串口與主控制器進行通信。主控模塊軟件設計中,通過互補濾波算法對采集到的數(shù)據(jù)的進行濾波去噪,并利用基于三角函數(shù)的角度解算算法,將前臂姿態(tài)信息解算為控制機械手臂的轉動角度,在此基礎上,利用脈沖調制信號的求解算法,控制機械手臂的運動。最后,本文根據(jù)人體手臂的生理構造,對機械手臂進行建模,并對機械手臂進行運動仿真。在此基礎上,對本體感控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)實現(xiàn)和功能驗證。通過實驗分析和仿真結果對比,證明了本系統(tǒng)實現(xiàn)了通過前臂運動體感控制機械手臂的功能并具有較好的控制精度。
【關鍵詞】：體感控制系統(tǒng) 前臂運動 濾波算法 慣性傳感器 六自由度機械手臂 運動仿真
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 體感技術國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 工業(yè)機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的主要內(nèi)容及組織結構14-16
• 第2章 系統(tǒng)硬件的設計與實現(xiàn)16-30
• 2.1 系統(tǒng)整體結構的設計16-18
• 2.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設計18-22
• 2.2.1 MPU6050模塊介紹18-20
• 2.2.2 單片機最小系統(tǒng)設計20-22
• 2.3 主控制模塊的設計22-24
• 2.4 六自由度機械手臂模塊設計24-27
• 2.4.1 機械手臂的結構和工作原理24-25
• 2.4.2 舵機控制系統(tǒng)設計25-27
• 2.5 系統(tǒng)預算估計27-28
• 2.6 本章小結28-30
• 第3章 系統(tǒng)軟件的研究與實現(xiàn)30-61
• 3.1 傳感器數(shù)據(jù)的基本處理30-32
• 3.2 濾波算法的研究與實現(xiàn)32-44
• 3.2.1 互補濾波的原理和實驗分析32-37
• 3.2.2 卡爾曼濾波的原理和實驗分析37-42
• 3.2.3 濾波方法比較與選取42-44
• 3.3 角度求解算法的研究與實現(xiàn)44-53
• 3.3.1 基于加速度的角度求解算法45-48
• 3.3.2 基于四元數(shù)的角度求解算法48-53
• 3.3.3 角度求解算法的比較和選取53
• 3.4 機械手臂控制程序的設計與實現(xiàn)53-56
• 3.5 基于MATLAB的監(jiān)測界面軟件設計56-60
• 3.5.1 串口通信模塊設計56-58
• 3.5.2 數(shù)據(jù)處理及繪圖模塊設計58-60
• 3.6 本章小結60-61
• 第4章 實驗以及結果分析61-75
• 4.1 六自由度機械手臂建模61-63
• 4.2 基于Robotics Toolbox的機械手臂仿真63-66
• 4.3 單個舵機功能測試實驗66-68
• 4.4 機械手臂動作模擬實驗68-74
• 4.5 本章小結74-75
• 結論75-76
• 參考文獻76-79
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果79-80
• 致謝80

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 崔鵬;基于前臂運動的體感控制系統(tǒng)設計[D];燕山大學;2016年

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本文編號：692688