多指灵巧手主从系统的设计与控制-机械电子工程专业论文.docx

南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 由于工程应用的迫切需求以及机器人技术的发展，多指灵巧手作为机器人系统的重要组成 部分，近年来已成为重要的研究课题，并逐渐发展成为了专门的研究领域。主从控制是应用最 广泛的一种灵巧手操作方式。人手通过某种设备给出多指手的期望位置、速度等，通过控制系 统使多指手跟踪这些给定值，从而在人的控制下使灵巧手完成具体作业任务。从手的理想位置 由主从手指尖位置的映射关系决定。操作者佩戴合适的主手装置，可实现从手的多种动作。 本文设计了一个多指灵巧手的主从控制系统，以自行设计的主操作手装置作为数据手套， TMS320F2812DSP控制器及外围电路实时采样主手运动信息，经过运算后得到从手的目标位置， 继而通过PID算法实现对从手（灵巧手）各个关节的位置反馈控制，使得从手跟踪人手的运动。 首先，搭建了一个主从控制平台，设计出了满足人手工作范围的主手和多指灵巧手。主手 使用连杆机构作为基本骨架结构，各关节处安装角位移传感器获取关节运动信息。灵巧手以直 径仅为30mm的超声电机作为驱动单元，由弹性线作为传动装置，带动各关节的转动，同样在 灵巧手关节处也安装了角位移传感器，灵巧手整体结构紧凑、重量轻、传动灵活。 其次，进行了主从控制系统的硬件设计，以TMS320F2812DSP为核心控制器，外围电路包 括数据采集电路、超声电机的运动控制电路、译码电路等。 最后，采用增量式数字PID控制算法，通过软件编程实现对主从控制系统的位置反馈控制。 软件程序主要包括灵巧手关节回零和主从手位置反馈控制两大部分。 关键词：灵巧手，主操作手，主从控制，DSP，PID I 多指灵巧手主从系统的设计与控制 ABSTRACT Due to the urgent need for engineering applications and the development of robotics, the multi-fingered dexterous hand, as an important component of the robotic system, has become one of the most promising researches and has rapidly become a specialized research field. The master-slave control is the most widely used mode of operation of a dexterous hand. The control system keep the dexterous hand move according to the desired position and speed which is acquired by the master hand via some device, accordingly the dexterous hand is able to complete specific tasks under the control of the operator. In this paper we design a master-slave control system of the multi-fingered dexterous hand. A self-designed master manipulator is used as the data glove. TMS320F2812DSP controller and its peripheral circuit sampled the motion information of the master hand and accordingly calculate the target position of the slave hand, thus realizing the position servo control via PID algorithm to make the slave hand follow the movement of the master hand. The position of the slave hand is determined by the mapping relation of master and slave hand. The operator wearing the master hand can control the slave hand to do many kinds of actions. Firstly, we build a master-slave control p