摘要
随着各行各业产业化升级的步伐越来越快，劳动力成本逐年增加，机器人的应用变得十分广泛。本文研究的单臂协作机器人，主要应用于协助工作人员电脑办公，实现人脸追踪功能。本文通过对协作机器人国内外研究现状的分析，构造了高集成度的小型六轴机械臂，基于CANopen协议实现机械臂控制系统的实时通信，驱动单臂协作机器人多轴同步运动。通过对协作机器人机械结构进行正逆运动学分析，精确实现协作机器人末端点到点的运动。为防止机械臂碰撞物体，利用胶囊体进行碰撞检测仿真，为后续的轨迹规划打下基础。 本文主要的工作包括以下几个方面： 1.通过查阅相关文献资料，对国内外协作机器人的研究现状做了总结，通过对不同协作机器人之间的对比，确定了协作机器人的最终设计方案。 2.选用科尔摩根RGM关节模组作为机械臂的关节轴，简单分析了单臂协作机器人的机械结构。选取STM32F407ZGT6作为主控芯片，结合CAN总线通信原理设计了控制系统电路。 3.学习了解CAN总线和CANopen协议的关系，详细研究了CANopen协议的核心内容和通信方式。选取CANopen协议之一的开源协议栈canfestival作为通信协议，将canfestival移植入主控芯片STM32F407ZGT6，并编写相关函数。按照CANopen协议的通讯规则，对RGM关节模组的通信参数进行配置。 4.学习掌握机器人运动学基础知识，运用D-H表示法建立了协作机器人的运动学模型，最终得到协作机械臂的正运动学方程。根据Pieper法则求出机械臂的运动学逆解。运用MATLAB机器人工具箱对正逆解正确性进行了验证。 5.为了避免协作机器人与工作台等静态物体相碰撞，首先运用蒙特卡洛法得到了协作机械臂的工作空间范围，将机械臂等价为胶囊碰撞体，模拟仿真了机械臂的碰撞检测。调试协作机械臂关节模组，下位机与上位机相联检测点到点运动，初步实现协作机械臂人脸追踪功能。
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