PAGEI摘要喂飯機(jī)器人屬于服務(wù)機(jī)器人范疇，它通過(guò)模擬正常人進(jìn)食時(shí)餐勺的取飯、送飯和喂飯動(dòng)作，來(lái)幫助人就餐。世界上的肢體殘疾人很多，且在這些人中上肢殘疾者占有很大的比重，因此設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)單實(shí)用的喂飯機(jī)器人來(lái)幫助殘疾人就很必要。本文主要目的是介紹我組的這階段的工作內(nèi)容以及取得的階段性成果，并且對(duì)項(xiàng)目過(guò)程中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析。我組的主要工作是結(jié)合國(guó)內(nèi)外喂飯機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，在分析現(xiàn)有喂飯機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)后，自主設(shè)計(jì)一款四自由度喂飯機(jī)器人，包括機(jī)器人的總體方案以及整體的控制方案。首先經(jīng)過(guò)小組討論確定了項(xiàng)目題目--喂飯機(jī)器人，并且在機(jī)電一體化討論課上進(jìn)行了匯報(bào)，通過(guò)分析驗(yàn)證確定了喂飯機(jī)器人的總體方案，通過(guò)solidworks軟件對(duì)喂飯機(jī)器人進(jìn)行了三維建模及仿真，確定了機(jī)器人各部分的尺寸，同時(shí)對(duì)重要受力部分進(jìn)行了受力分析，并且運(yùn)用Ca'x'a對(duì)機(jī)器人主要零件進(jìn)行了詳盡的二維圖設(shè)計(jì)；利用機(jī)器人學(xué)的方法以及Matlab軟件進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)的正逆分析以及軌跡規(guī)劃，為編寫(xiě)控制程序確定基礎(chǔ)；利用接口技術(shù)、微機(jī)原理、單片機(jī)等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行電路的搭接以及軟件的編寫(xiě)，通過(guò)STM32芯片控制喂飯機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)小組各成員的共同努力，我們完成了主要的工作，包括三維建模，二維圖繪制以及STM32芯片的控制程序，經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試，雖然最后系統(tǒng)不是很穩(wěn)定，但是也可以實(shí)現(xiàn)了喂飯動(dòng)作，我們會(huì)在今后進(jìn)行更深入的研究。關(guān)鍵詞：STM32PWM控制舵機(jī)串口喂飯機(jī)器人PAGEIII目錄TOC\o"1-3"\h\u5697第一章設(shè)計(jì)綜述 1315361.1智能機(jī)器人系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1225581.1.1我國(guó)智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析 1302991.1.2國(guó)外智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析 2133101.1.3喂飯機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析 3193801.2智能機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)概述 414421.3課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 515320第二章方案設(shè)計(jì) 6306302.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 6188432.2驅(qū)動(dòng)方案選擇 685922.3功能模塊的選擇 7221172.4結(jié)構(gòu)的合理性及參數(shù)的合理性 920279第三章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12303313.1機(jī)械系統(tǒng)總體方案 1211383.2關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì) 13257143.3關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13100343.4驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃 1730051第四章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21193134.1控制系統(tǒng)總體方案 21152554.2運(yùn)動(dòng)控制器選型 22132564.3舵機(jī)控制設(shè)計(jì) 24116384.4電源供電電路設(shè)計(jì) 2587874.5傳感檢測(cè)外圍電路設(shè)計(jì) 257874第五章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26111515.1軟件系統(tǒng)總體方案 262645.1.1STM32固件庫(kù)簡(jiǎn)介 26180305.1.2軟件總體設(shè)計(jì) 26144575.1.3子程序設(shè)計(jì) 2783405.2位姿控制方案與流程 29242585.3速度控制方案與流程 30279445.4軌跡控制方案與流程 308665第六章裝配與調(diào)試 31297066.1機(jī)器人系統(tǒng)整體裝配 31155736.2系統(tǒng)調(diào)試流程與狀況 31132606.2.1系統(tǒng)調(diào)試流程 31277906.2.2調(diào)試出現(xiàn)狀況及解決方法 32297676.3設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn) 32187326.4系統(tǒng)缺陷與改進(jìn) 327127第七章市場(chǎng)應(yīng)用前景分析 3316957.1應(yīng)用前景分析 33172407.2目標(biāo)人群 33260297.3營(yíng)銷(xiāo)策略 3317951項(xiàng)目心得 347077參考文獻(xiàn) 353826附錄一成本分析 364129附錄二系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模與軌跡規(guī)劃 375952（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)正解 3719979（2）運(yùn)動(dòng)學(xué)反解 4016548（3）雅可比矩陣 4229089（4）軌跡規(guī)劃 436975附錄三程序源代碼 4491751.主程序（main.c） 4420922.定時(shí)器驅(qū)動(dòng)代碼（timer.c） 56300853.串口（usart.c） 60PAGE64第一章設(shè)計(jì)綜述智能機(jī)器人系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀信息技術(shù)革新催生新型智能終端的興起。相較工業(yè)機(jī)器人而言，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境工作，智能\o"祈飛智能服務(wù)機(jī)器人"服務(wù)機(jī)器人具有更為靈活的智能化特征和服務(wù)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)感知、決策、執(zhí)行的系列功能，是一種新型的智能終端設(shè)備。智能終端經(jīng)歷了以PC為代表的個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代和以智能手機(jī)、平板電腦為代表的移動(dòng)智能設(shè)備時(shí)代。隨著機(jī)器人制造水平的不斷提高，以及傳感技術(shù)、智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的持續(xù)突破，以智能服務(wù)機(jī)器人等為代表的新型智能終端逐漸興起，在應(yīng)用場(chǎng)景、應(yīng)用模式方面更為多元便捷，成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展新藍(lán)海，是下一代連接人類(lèi)與互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備。應(yīng)用升級(jí)推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+機(jī)器人”步入家庭。隨著城鄉(xiāng)居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)的持續(xù)升級(jí)，以及信息消費(fèi)、寬帶中國(guó)、智慧城市、智慧家庭戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，以智能服務(wù)機(jī)器人為代表的智能服務(wù)產(chǎn)品對(duì)提高生活品質(zhì)、促進(jìn)生活方式智慧化的作用日益凸顯。智能服務(wù)機(jī)器人在養(yǎng)老看護(hù)、醫(yī)療保健、情感關(guān)愛(ài)方面具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其與互聯(lián)網(wǎng)的融合創(chuàng)新，將推動(dòng)智能服務(wù)機(jī)器人步入家庭，解決居民實(shí)際的生活需求。我國(guó)智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析智能服務(wù)機(jī)器人成為互聯(lián)網(wǎng)巨頭競(jìng)逐的新焦點(diǎn)。當(dāng)前，智能服務(wù)機(jī)器人正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，廣闊的市場(chǎng)前+景致使科技巨頭和各大互聯(lián)網(wǎng)公司競(jìng)相布局，搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。谷歌相繼收購(gòu)Schaft、RedwoodRobotics、IndustrialPerception等9家機(jī)器人公司，在類(lèi)人型機(jī)器人制造、人工智能、機(jī)器人協(xié)同等方面布局。不僅如此，谷歌還積極研發(fā)超快“量子計(jì)算機(jī)芯片”，使用亞原子粒子編碼數(shù)據(jù)，顯著提升計(jì)算速度，為機(jī)器人提供“智慧大腦”。百度成立的深度學(xué)習(xí)研究院，在語(yǔ)音識(shí)別、文字識(shí)別、人臉識(shí)別、異構(gòu)計(jì)算、圖像搜索等方面達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。Facebook與紐約大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)中心合作，共同探究數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等領(lǐng)域，并且成立了新的人工智能實(shí)驗(yàn)室。

產(chǎn)品功能持續(xù)升級(jí)，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。以家庭智能服務(wù)機(jī)器人為例，按功能可分為居家養(yǎng)老類(lèi)、社區(qū)服務(wù)類(lèi)、家政清潔類(lèi)和教育娛樂(lè)類(lèi)。其中，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的老人助行機(jī)器人、上海弗徠威的社區(qū)監(jiān)控管理機(jī)器人、蘇州科沃斯/深圳銀星科技的掃地機(jī)器人、北京紫光優(yōu)藍(lán)機(jī)器人都是其典型代表。按形態(tài)可分為硬件型和軟件型，其中軟件型機(jī)器人的代表是上海小i機(jī)器人，在語(yǔ)義理解、人工智能方面擁有多年技術(shù)積累，其智能客服、智能知識(shí)庫(kù)、智能搜索產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，家庭智能服務(wù)機(jī)器人在掃地機(jī)器人、擦窗機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)展較早，基礎(chǔ)較好，全球領(lǐng)先的機(jī)器人解決方案公司iRobot主打掃地機(jī)器人產(chǎn)品，2015年第四季度營(yíng)收2.06億美元，同比增長(zhǎng)29.6%。世界機(jī)器人協(xié)會(huì)IFR預(yù)測(cè)，2013-2016年全球家庭智能服務(wù)機(jī)器人銷(xiāo)量將達(dá)到1500萬(wàn)臺(tái)，世界服務(wù)機(jī)器人2018年市場(chǎng)規(guī)模是2014年的五倍。

產(chǎn)業(yè)鏈日益完善，國(guó)內(nèi)外仍有一定差距。智能服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈可分為硬件設(shè)備層、平臺(tái)支撐層、人工智能層和應(yīng)用服務(wù)層。其中，硬件設(shè)備層包括控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和移動(dòng)系統(tǒng)，平臺(tái)支撐層包括應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)和云計(jì)算/大數(shù)據(jù)，人工智能層涉及語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)義識(shí)別和機(jī)器視覺(jué)，應(yīng)用服務(wù)層包括居家養(yǎng)老服務(wù)、社區(qū)服務(wù)、家政服務(wù)和教育娛樂(lè)服務(wù)等。

目前，智能服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于培育期，產(chǎn)業(yè)成熟度有待提高。智能終端和工業(yè)機(jī)器人起步較早，硬件設(shè)備層的控制系統(tǒng)和移動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展基礎(chǔ)較好，但在人工智能方面仍有較大的提升空間。我國(guó)智能服務(wù)機(jī)器人與發(fā)達(dá)國(guó)家仍有一定差距，特別在伺服電機(jī)、人機(jī)交互、智能決策等方面技術(shù)對(duì)外依存度高。在我國(guó)智能服務(wù)機(jī)器人以科研院所為主導(dǎo)的研究體系中，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較為緩慢，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)鏈管控能力有待提升。

政府高度重視，多項(xiàng)政策相繼出臺(tái)。智能服務(wù)機(jī)器人是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要前沿方向，受到企業(yè)和政府的高度重視。科技部印發(fā)《服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》，明確了要著力突破制約我國(guó)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，不斷推出更具應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景的產(chǎn)品，積極探索新的投融資模式和商業(yè)模式，努力打造若干龍頭企業(yè)，把服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)培育成我國(guó)未來(lái)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。深圳、上海、北京等地高度重視智能服務(wù)機(jī)器人等智能服務(wù)產(chǎn)品的發(fā)展，將其作為重點(diǎn)培育的新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。國(guó)外智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析美、歐、日是工業(yè)機(jī)器人主要生產(chǎn)國(guó)家和地區(qū)，掌握著大多數(shù)的核心技術(shù)，美、德、日、韓等國(guó)家都已形成了各具特色的發(fā)展模式。美國(guó)模式的特點(diǎn)是整體研發(fā)設(shè)計(jì)與對(duì)外采購(gòu)機(jī)器人本體相結(jié)合，重在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。德國(guó)模式的特點(diǎn)是一攬子“交鑰匙工程”，即機(jī)器人本體的生產(chǎn)和用戶(hù)所需要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造全由一家機(jī)器人廠商完成。日本模式的特點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)鏈整體推進(jìn)。韓國(guó)模式是采購(gòu)與成套設(shè)計(jì)、集成相結(jié)合，機(jī)器人企業(yè)通常通過(guò)進(jìn)口關(guān)鍵零部件，自行設(shè)計(jì)、制造配套的外圍設(shè)備。美國(guó)：占領(lǐng)軍用產(chǎn)品前瞻高端市場(chǎng)，軍民轉(zhuǎn)化帶動(dòng)整體發(fā)展。美國(guó)是機(jī)器人的誕生地，在機(jī)器人高端技術(shù)領(lǐng)域擁有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，特別是美國(guó)國(guó)防先進(jìn)計(jì)劃局（DARPA）在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)遙遙領(lǐng)先，占據(jù)軍用服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品的前瞻市場(chǎng)，2013年，世界銷(xiāo)售的15000臺(tái)軍用機(jī)器人之中，有63%來(lái)自美國(guó)。美國(guó)信息、材料、制造、生物等各方面技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，借助先進(jìn)的軍用服務(wù)機(jī)器人發(fā)展契機(jī)，大力發(fā)展服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，特別是高端擬人服務(wù)機(jī)器人。隨著美國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型和回歸，美國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)增長(zhǎng)速度迅猛，工業(yè)機(jī)器人使用量和市場(chǎng)規(guī)模僅次于日本。日本：保持工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的前提下，大力發(fā)展服務(wù)機(jī)器人應(yīng)對(duì)老齡化社會(huì)。日本是工業(yè)機(jī)器人使用量最大的國(guó)家，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展最具競(jìng)爭(zhēng)力。世界前10位工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商占據(jù)了全球工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)總量的8%，其中4個(gè)在日本。日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%以上，特別是工業(yè)機(jī)器人減速機(jī)，占據(jù)超過(guò)85%的世界市場(chǎng)，工業(yè)機(jī)器人成為日本的支柱性產(chǎn)業(yè)。2010年以后，隨著日本老齡化社會(huì)加劇，日本將發(fā)展服務(wù)機(jī)器人作為重大國(guó)策予以全面推進(jìn)。歐洲：以“工業(yè)4.0計(jì)劃”創(chuàng)造巨大市場(chǎng)需求，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化帶動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。歐洲將機(jī)器人的概念進(jìn)一步延伸，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化成為歐洲機(jī)器人發(fā)展的重要方向。工業(yè)4.0計(jì)劃、智能工廠等創(chuàng)造了機(jī)器人技術(shù)和零部件的巨大需求市場(chǎng)，機(jī)器人和傳統(tǒng)機(jī)器的結(jié)合、機(jī)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和人的結(jié)合等，使得工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人之間概念開(kāi)始模糊，機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)始向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)滲透。俄羅斯：注重軍用機(jī)器人技術(shù)，重大科考類(lèi)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)先。前蘇聯(lián)早在第九個(gè)五年計(jì)劃（1970年一1975年）開(kāi)始時(shí)，就把發(fā)展機(jī)器人列入國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱領(lǐng)之中。經(jīng)過(guò)30多年的努力，俄羅斯機(jī)器人在數(shù)量、質(zhì)量水平上均處于世界前列地位。特別是俄羅斯輪式、多足軍用機(jī)器人技術(shù)、水下服務(wù)機(jī)器人、航天服務(wù)機(jī)器人等，可以和美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)。喂飯機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r分析隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，喂飯機(jī)器人越來(lái)越引起人們重視。喂飯機(jī)器人涉及了許多技術(shù)并已經(jīng)成為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。助餐機(jī)器人的研究源于歐美。80年代初，荷蘭，法國(guó)分別開(kāi)發(fā)了機(jī)械手RSI及MANUS服務(wù)機(jī)器人，雖然這兩款機(jī)器人不是專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于喂飯，但揭開(kāi)了全球喂飯機(jī)器人研究的序幕。之后歐、美、日、加、澳等發(fā)達(dá)國(guó)家出現(xiàn)了一系列喂飯機(jī)器人，較成功的有英國(guó)的Handy1，日本的MySpoon，德國(guó)的FRIENDII，美國(guó)的ISAChumanoidrobot等喂飯機(jī)器人。我國(guó)早在十一五期間，國(guó)家科技部組織863計(jì)劃課題組先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)信息科學(xué)領(lǐng)域?qū)＜?，?lián)合召開(kāi)了智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家重點(diǎn)圍繞世界及我國(guó)服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展動(dòng)態(tài)、方向及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)等問(wèn)題進(jìn)行深入研討。中國(guó)殘聯(lián)近年成立了直屬的中國(guó)殘聯(lián)康復(fù)部，地方各級(jí)殘聯(lián)成立了各級(jí)康復(fù)機(jī)構(gòu)，從此我國(guó)康復(fù)服務(wù)機(jī)器人有了技術(shù)、市場(chǎng)和國(guó)家宏觀政策的大力支持，步入高速發(fā)展的快車(chē)道，各種康復(fù)、服務(wù)、護(hù)理輔具及機(jī)器人產(chǎn)品相繼問(wèn)世，逐漸改善著殘疾人群的日常生活質(zhì)量。隨著我國(guó)社會(huì)主義和諧社會(huì)的建立，人們對(duì)康復(fù)助殘，敬老扶弱等社會(huì)服務(wù)問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注。愛(ài)老，助殘成為我國(guó)社會(huì)發(fā)展的一大主題。近年來(lái)，手殘患者的飲食護(hù)理問(wèn)題逐漸引起政府，社會(huì)和商家的關(guān)注。個(gè)人家庭，養(yǎng)老機(jī)構(gòu)，大中型醫(yī)院，社區(qū)服務(wù)中心，康復(fù)中心等逐漸引進(jìn)了一些喂飯機(jī)器人產(chǎn)品。在國(guó)際市場(chǎng)上，殘疾人助餐服務(wù)類(lèi)機(jī)器人產(chǎn)品已經(jīng)成為一顆新星。有些喂飯機(jī)器技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)品化，走進(jìn)了殘疾患者的飲食護(hù)理生活。目前我國(guó)喂飯機(jī)器人產(chǎn)品全部依賴(lài)進(jìn)口，這就給我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和高性能價(jià)格比的喂飯機(jī)器人提出了迫切的需求。我國(guó)對(duì)喂飯機(jī)器人研究較晚，隨著需求的牽引和對(duì)服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的重視，國(guó)內(nèi)相繼涌現(xiàn)出一些喂飯裝置和設(shè)備。2006年全國(guó)大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽主題為“康復(fù)與愛(ài)心”，期間涌現(xiàn)出了一批喂飯機(jī)器人科技創(chuàng)新作品，拉開(kāi)了我國(guó)喂飯機(jī)器人的研究序幕。廣東工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的助餐作品，該喂飯機(jī)器人雖然具有幫助殘疾患者進(jìn)餐和翻書(shū)的雙重功能，但是該作品無(wú)任何電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以機(jī)器人的功能實(shí)現(xiàn)全靠患者腳部運(yùn)動(dòng)，因此該作品還停留在學(xué)生科技創(chuàng)新作品的初級(jí)階段。2006年全國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽中，海軍工程大學(xué)研制的喂飯機(jī)器人僅采用了一個(gè)動(dòng)力源就實(shí)現(xiàn)了取餐動(dòng)作，餐桌具有旋轉(zhuǎn)功能，三個(gè)餐盤(pán)可輪流出現(xiàn)在正前方的取餐位置，在一定程度上彌補(bǔ)了取反機(jī)械臂無(wú)空間旋轉(zhuǎn)自由度的缺點(diǎn)，使機(jī)械臂能取到所有餐盤(pán)中的食物。然而由于機(jī)器人只有一個(gè)自由度，餐勺在餐盤(pán)中的取餐位置比較固定不利于使用。哈爾濱工程大學(xué)開(kāi)發(fā)的早期MYTABLE系列助餐機(jī)器人，為國(guó)內(nèi)較成熟的助餐機(jī)器人作品，包括桌面旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)、升降機(jī)構(gòu)和取餐機(jī)構(gòu)。加入旋轉(zhuǎn)餐桌結(jié)構(gòu)后，減少了機(jī)械臂的自由度，機(jī)器人的人機(jī)交互方式為腳踏開(kāi)關(guān)輸入。殘疾人能夠像常人就餐一樣坐于餐桌前，分別腳踏“供電”、“選餐”、“進(jìn)餐”三個(gè)開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)自主進(jìn)餐。其應(yīng)用基理是通過(guò)患者身體方便的部位來(lái)控制機(jī)器按鈕，來(lái)幫助殘疾人飲食。智能機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)概述在課程研究項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)一機(jī)械臂，進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制規(guī)劃，完成如下具體功能：(1)按動(dòng)開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)喂飯機(jī)器人；(2)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)取飯喂飯功能。機(jī)器人將完成一系列復(fù)雜的動(dòng)作，進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。自主設(shè)計(jì)加工喂飯機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)，并完成喂飯機(jī)器人系統(tǒng)的裝配與調(diào)試。課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容（1）資料分析：查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)。（2）機(jī)器人總體設(shè)計(jì)：確定機(jī)器人的具體任務(wù)要求，根據(jù)任務(wù)初步擬定機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)形式、機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方案、傳動(dòng)方案、控制方案等。（3）機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將機(jī)器人分解為底盤(pán)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等若干部分，分別對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)并校核，繪制機(jī)器人總裝圖和關(guān)鍵零部件圖。（4）信息檢測(cè)及信息傳輸：根據(jù)任務(wù)要求，完成相關(guān)信息檢測(cè)、處理，并完成信息的正確傳輸。（5）運(yùn)動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)；基于位置信息，通過(guò)MATLAB反解角度，通過(guò)STM32完成機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試。（6）編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。第二章方案設(shè)計(jì)2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)我組設(shè)計(jì)的喂飯機(jī)器人要能夠?qū)崿F(xiàn)從餐盒中取餐，并且對(duì)人喂飯，機(jī)器人要能夠放在餐桌上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，設(shè)計(jì)負(fù)載重量為0.2Kg。通過(guò)查閱諸多資料，發(fā)現(xiàn)喂飯機(jī)器人基本上都是由機(jī)械臂、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、餐盤(pán)等部分組成。取飯裝置有夾持方式和模擬人取食的“勺子運(yùn)動(dòng)取食”方式。采用夾持方式的機(jī)器人自由度較少，但只能取部分食物，對(duì)于湯等食物無(wú)法盛?。簧鬃舆\(yùn)動(dòng)取食由于需要依靠勺子模擬人類(lèi)取食時(shí)勺子的運(yùn)動(dòng)軌跡取食，需要勺子能夠有更多的自由度才能夠?qū)崿F(xiàn)多位置的取餐。因?yàn)槌跏茧A段預(yù)定待取食物為米飯，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，采用勺子運(yùn)動(dòng)取食的方式。為了完成喂飯功能，討論出以下幾種結(jié)構(gòu)方案。方案一：五自由度機(jī)械臂，本方案自由度較多，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，機(jī)械精度等各方面要求較高；方案二：三自由度機(jī)械臂，本方案系統(tǒng)體積較大，機(jī)器人不便于使用也不人性化；方案三：四自由度機(jī)械臂，本方案控制系統(tǒng)較五自由度系統(tǒng)簡(jiǎn)單，且較三自有系統(tǒng)輕便，因此采用方案三，圖2.1為其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。喂飯機(jī)器人由底盤(pán)、連接臂、執(zhí)行臂、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)底盤(pán)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)串聯(lián)組成。圖2.1喂飯機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖2.2驅(qū)動(dòng)方案選擇電機(jī)是機(jī)器人所有運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力，所以電機(jī)的性能好壞直接決定了整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，減速器的作用是將電機(jī)輸出的速度降低得到更高的輸出力矩，電機(jī)的種類(lèi)很多，有直流電機(jī)，交流電機(jī)，直流電機(jī)又有有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)等，為了提高機(jī)器人的穩(wěn)定性和可靠性，機(jī)器人機(jī)械臂的慣量和質(zhì)量越小越好，所以在選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)在滿(mǎn)足要求的前提下盡量選擇體積小，質(zhì)量輕的電機(jī)。下面是幾種不同種類(lèi)的電機(jī)。一是伺服電機(jī)，主要用于比較精準(zhǔn)的位置、速度或力矩輸出。準(zhǔn)確講，伺服電機(jī)不是一個(gè)電機(jī)，而是一個(gè)系統(tǒng)。伺服電機(jī)是一個(gè)電機(jī)系統(tǒng)，包含有電機(jī)、傳感器和控制器；二是舵機(jī)，舵機(jī)是一個(gè)低端的伺服電機(jī)系統(tǒng)。它將PWM信號(hào)與滑動(dòng)變阻器的電壓相比較，通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)固定控制增益的位置控制，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)緊湊，但精度低，位置鎮(zhèn)定能力較差，能夠滿(mǎn)足低端要求；三是步進(jìn)電機(jī)，主要是依靠定子線圈序列通電，順次在不同的角度形成磁場(chǎng)，推拉定子旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的好處是可以省去用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)角的傳感器，因此在結(jié)構(gòu)和價(jià)格上較伺服電機(jī)有一定優(yōu)勢(shì)。而且其位置和速度控制相對(duì)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是，第一，與同等功率的電機(jī)相比載荷比較小，沒(méi)有角度傳感器的情況下不能輸出大力矩。第二，功耗相對(duì)較大，要么全開(kāi)，要么全關(guān)。所以要么接近滿(mǎn)功耗，要么就不能出力。步進(jìn)電機(jī)一般只用于載荷較小且十分確定，位置精度要求不高，對(duì)體積敏感或在較低價(jià)格想要做到較高可靠性的場(chǎng)合?？紤]到創(chuàng)新基地所具有的環(huán)境，以及從成本，控制成本等方面考慮，驅(qū)動(dòng)方案采用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)。喂飯機(jī)器人用到兩種舵機(jī)，分別為MG995舵機(jī)和舵機(jī)SM-S8166M。圖2.2.1為MG995舵機(jī)參數(shù)，表2.2.1為SM-S8166M舵機(jī)參數(shù)。表2.2.1SM-S8166M舵機(jī)參數(shù)。2.3功能模塊的選擇1.降壓模塊LM2596數(shù)顯可調(diào)降壓模塊

是直流降壓穩(wěn)壓模塊，帶有電壓顯示功能，按鍵可切換輸入或輸出電壓測(cè)量；具有輸入反接保護(hù)，輸出短路保護(hù)，過(guò)流過(guò)熱保護(hù)等措施；模塊全部采用優(yōu)質(zhì)元器件，用料講究，布局合理，外觀精美，性能穩(wěn)定可靠。帶電壓表顯示，電壓表量程0～40V，誤差±0.1V；輕觸按鍵（短按）即可切換測(cè)量輸入或輸出電壓，并有指示燈顯示正在測(cè)量的是哪路電壓；；特有的輸入和輸出自動(dòng)轉(zhuǎn)換顯示功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓；帶電源指示燈，可指示是否有電源輸入；帶反接保護(hù)，反接不會(huì)損壞模塊；帶接線端子，方便使用。圖2.2.1MG995舵機(jī)參數(shù)超聲波模塊DYP-ME007超聲波測(cè)距模塊可提供3cm--3.5m的非接觸式距離感測(cè)功能，圖1為DYP-ME007外觀，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理為給予此超聲波測(cè)距模塊一觸發(fā)信號(hào)后發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波投射到物體而反射回來(lái)時(shí)，模塊輸出一回響信號(hào)，以觸發(fā)信號(hào)和回響信號(hào)間的時(shí)間差，來(lái)判定物體的距離。3.藍(lán)牙模塊HC05無(wú)線藍(lán)牙串口透?jìng)髂K引出接口包括VCC,GND,TXD,RXD,預(yù)留LED狀態(tài)輸出腳，單片機(jī)可通過(guò)該腳狀態(tài)判斷藍(lán)牙是否已經(jīng)連接，KEY引腳對(duì)從機(jī)無(wú)效。底板3.3VLDO，輸入電壓3.6~6V，未配對(duì)時(shí)電流約30mA，配對(duì)后約10mA，輸入電壓禁止超過(guò)7V?？諘绲赜行Ь嚯x10米，超過(guò)10米也是可能的，但不對(duì)此距離的連接質(zhì)量做保證。配對(duì)以后當(dāng)全雙工串口使用，無(wú)需了解任何藍(lán)牙協(xié)議，但僅支持8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)的通信格式，這也是最常用的通信格式，不支持其他格式。在上述功能模塊中，降壓模塊為系統(tǒng)必須的功能模塊，而超聲波模塊和藍(lán)牙模塊將在后續(xù)設(shè)計(jì)中完善。2.4結(jié)構(gòu)的合理性及參數(shù)的合理性為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的合理性，進(jìn)行有限元分析有限元分析（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis）針對(duì)分析的真實(shí)物理系統(tǒng)使用數(shù)學(xué)近似的方法進(jìn)行模擬。即利用單元（簡(jiǎn)單又相互作用的元素）去模擬真實(shí)的系統(tǒng)，這樣就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近擁有無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。有限元分析是一種簡(jiǎn)化分析方法，它使用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題替代復(fù)雜問(wèn)題，然后對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)行求解并將其近似地認(rèn)為是復(fù)雜問(wèn)題的解。它把求解域看成是有許多稱(chēng)為有限元的小的而且在節(jié)點(diǎn)處相互連接的單元組成，根據(jù)其模型給出基本方程的單元近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿(mǎn)足條件，從而得到分析對(duì)象的解。然而這個(gè)解并不是實(shí)際問(wèn)題的實(shí)際解，而是近似解，因?yàn)榉治鰰r(shí)用了比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題去替代實(shí)際的分析對(duì)象。工程實(shí)踐中，許多真實(shí)系統(tǒng)想要求得準(zhǔn)確解釋非常困難的，雖然有限元法分析出來(lái)的是近似解，但是使用計(jì)算機(jī)輔助手段進(jìn)行分析后精度很高，而且能夠適用在各種復(fù)雜系統(tǒng)當(dāng)中，因而成為行之有效的工程分析手段。有限元法是用于求解工程中各類(lèi)問(wèn)題的數(shù)值方法。固體力學(xué)中的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、震動(dòng)和瞬態(tài)問(wèn)題；傳熱問(wèn)題；電磁場(chǎng)問(wèn)題；流體力學(xué)線性問(wèn)題或者非線性問(wèn)題都可以用有限元法來(lái)進(jìn)行分析和研究。雖然不同的系統(tǒng)其物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型不一定相同，但其通過(guò)有限元法求解的基本過(guò)程是相同的，只是推導(dǎo)公式的具體過(guò)程和對(duì)方程進(jìn)行求解過(guò)程不同。用有限元求分析系統(tǒng)的基本步驟通常由前處理、求解、后處理組成，具體細(xì)分可分為以下六步，第一步：對(duì)求解問(wèn)題的求解域定義；第二步：對(duì)第一步中的求解域進(jìn)行離散化；第三步：確定系統(tǒng)的狀態(tài)變量及邊界控制方法；第四步：對(duì)系統(tǒng)的單元進(jìn)行推導(dǎo)；第五步：對(duì)單元方程進(jìn)行求解；第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果分析。目前有限元分析軟件很多，如ANSYS、ABAQUS、ADMINA等，同時(shí)現(xiàn)在基本上所有的三維CAD軟件都集成了有限元分析功能，由于采用的是SolidWorks軟件對(duì)機(jī)器人各部分零件進(jìn)行建模的，為了減少模型在格式轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤和誤差，采用SolidWorks自帶的有限元模塊對(duì)機(jī)器人的關(guān)鍵零部件進(jìn)行靜力學(xué)分析。由于底盤(pán)是整個(gè)機(jī)器人的基礎(chǔ)，而且采用的是ABS材料，所以必須通過(guò)有限元分析底盤(pán)能否滿(mǎn)足要求。材料選擇底盤(pán)材料選擇ABS材料，螺栓為標(biāo)準(zhǔn)件，材料定義如表2.4所示。材料的安全系數(shù)都采用材料的屈服強(qiáng)度。約束定力及載荷施加為了減少計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量，將底盤(pán)裝配中沒(méi)有必要的零件去掉，由于機(jī)器人所有重量是通過(guò)舵機(jī)搖臂將力傳遞到底盤(pán)上。所以分析時(shí)部件只包含底盤(pán)、舵機(jī)。名稱(chēng)材料常規(guī)質(zhì)量密度屈服強(qiáng)度40.33MPa極限拉伸強(qiáng)度40MPa應(yīng)力楊氏模量2.89GPa泊松比0.38ul切變模量1.0471GPa表2.4底盤(pán)應(yīng)力分析主要材料特性根據(jù)上述分析，底盤(pán)受力是從舵機(jī)上傳遞過(guò)來(lái)的，所以在圖2.4.1中給出了機(jī)器人所受的驅(qū)動(dòng)的力為豎直向下的力，由SolidWorks軟件測(cè)得機(jī)器人除去底盤(pán)的重量2kg，由于機(jī)器人還有慣性力以及工作時(shí)的阻力等，取底盤(pán)受力為50N，圖2.4.2為固定約束。分析類(lèi)型為靜力學(xué)分析。圖2.4.1受力圖圖2.4.2固定約束網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分是有限元過(guò)程中極其重要的一步，特別是對(duì)于幾何形狀比較復(fù)雜的模型，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響到求解精度和求解時(shí)間，有時(shí)不合理的網(wǎng)格可能會(huì)導(dǎo)致求解過(guò)程的中斷或者失敗，網(wǎng)格劃分精度越高，求解精度越高，分析結(jié)果也就會(huì)越精確，但是計(jì)算時(shí)間會(huì)越長(zhǎng)，由于底盤(pán)結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，所以在進(jìn)行劃分時(shí)不需要進(jìn)行局部細(xì)化等操作。圖2.4.3為網(wǎng)格劃分圖。接觸定力由于本分析是對(duì)裝配圖進(jìn)行應(yīng)力分析，所以分析時(shí)需要指定接觸類(lèi)型。如圖2.4.3所示，底盤(pán)和舵機(jī)采用滑動(dòng)/不分離的接觸方式，所以選用粘合方式。圖2.4.3網(wǎng)格劃分當(dāng)上述所有的前處理工作已經(jīng)做完后，點(diǎn)擊SolidWorks應(yīng)力分析模塊中的運(yùn)行此算例按鈕SolidWorks會(huì)根據(jù)上述定義的接觸、載荷、網(wǎng)格情況等自動(dòng)對(duì)底盤(pán)的受力情況進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算完后點(diǎn)擊應(yīng)力分析報(bào)告，會(huì)輸出應(yīng)力分析文檔報(bào)告，從中可以獲取所需要的信息。圖2.4.4為應(yīng)力彩圖，圖2.4.5為位移彩圖。由圖可知，整個(gè)底盤(pán)部件都在應(yīng)力允許范圍內(nèi)。圖2.4.4應(yīng)力彩圖圖2.4.5位移彩圖綜合上述分析可知底盤(pán)能夠滿(mǎn)足使用要求。采用同樣的方法對(duì)其他重要零部件，如連接臂、執(zhí)行臂等進(jìn)行靜力學(xué)分析后都能夠滿(mǎn)足要求。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1機(jī)械系統(tǒng)總體方案經(jīng)過(guò)第二章中對(duì)喂飯機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)選擇，驅(qū)動(dòng)方案的選擇，以及SolidWorks中的simulation仿真分析，確定了機(jī)械系統(tǒng)的總體方案。下圖3.1.1和圖3.1.2為喂飯機(jī)器人系統(tǒng)的總裝圖，圖3.1.3-3.1.6為各部件的裝配圖：圖3.1.3為底盤(pán)裝配圖，圖3.1.4為旋轉(zhuǎn)底座裝配圖，圖3.1.5為連接臂裝配圖，圖3.1.6為末端執(zhí)行器裝配圖。圖3.1.1總裝圖圖3.1.2總裝圖圖3.1.3底盤(pán)裝配圖圖3.1.4旋轉(zhuǎn)底座裝配圖圖3.1.5連接臂裝配圖圖3.1.2末端執(zhí)行器裝配圖3.2關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì)通過(guò)SolidWorks測(cè)量各部件的距離，得出下列尺寸：連接臂總長(zhǎng)：275mm執(zhí)行臂總長(zhǎng)：155mm末端執(zhí)行器總長(zhǎng)：57mm旋轉(zhuǎn)底座中心距離：114.27mm底盤(pán)長(zhǎng)144mm高54mm勺子長(zhǎng)154mm裝配關(guān)系有MG995舵機(jī)與舵機(jī)蓋的裝配關(guān)系為，舵機(jī)蓋與底盤(pán)裝配關(guān)系為，舵機(jī)MG995與執(zhí)行臂裝配關(guān)系為，第四關(guān)節(jié)1與第四關(guān)節(jié)2的裝配關(guān)系為，勺子與第四關(guān)節(jié)2的裝配關(guān)系為。其他詳細(xì)尺寸見(jiàn)二維圖紙。3.3關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用SolidWorks軟件建模，并且考慮到應(yīng)力集中，加工以及裝配等因素的影響，設(shè)計(jì)了如圖3.3.1-圖3.3.18所示的零部件。圖3.3.1底盤(pán)圖3.3.2底盤(pán)蓋圖3.3.3第四關(guān)節(jié)1圖3.3.4第四關(guān)節(jié)2圖3.3.5MG995舵機(jī)圖3.3.6SM-S8166M舵機(jī)圖3.3.7舵機(jī)蓋圖3.3.8舵機(jī)搖臂1圖3.3.9舵機(jī)搖臂2圖3.3.10舵機(jī)搖臂3圖3.3.11飯盒圖3.3.12勺子圖3.3.13連接臂1圖3.3.14連接臂2圖3.3.15旋轉(zhuǎn)底座1圖3.3.16旋轉(zhuǎn)底座2圖3.3.17執(zhí)行臂圖3.3.18底板3.4驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃?rùn)C(jī)器人軌跡規(guī)劃通常有兩種描述方法：關(guān)節(jié)空間描述法和直角坐標(biāo)空間描述法；關(guān)節(jié)空間法首先需要在空間中找到期望的路徑點(diǎn)，通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程計(jì)算得到期望的關(guān)節(jié)位置，然后在工作空間內(nèi)，針對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)找到一個(gè)經(jīng)過(guò)中間點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)終點(diǎn)的光滑函數(shù)，同時(shí)必須保證每個(gè)關(guān)節(jié)在起點(diǎn)、經(jīng)過(guò)中間點(diǎn)、到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間為同一時(shí)間，這樣便可保證機(jī)械手末端能夠到達(dá)工作空間中期望的位姿。各個(gè)關(guān)節(jié)的光滑函數(shù)之間相互獨(dú)立，只需要保證在關(guān)節(jié)點(diǎn)位置的時(shí)間一樣即可。該方法有一個(gè)缺點(diǎn)就是在中間位置機(jī)器人的姿態(tài)是不可知的；其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量較小，不會(huì)出現(xiàn)奇異點(diǎn)。直角坐標(biāo)空間描述法進(jìn)行軌跡規(guī)劃時(shí)需要反復(fù)求解逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程來(lái)求解機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的角度，即關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃方程求解出的是關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度值，直角坐標(biāo)空間描述法軌跡規(guī)劃方程求解出的值是機(jī)械手的末端位姿，然后需要通過(guò)計(jì)算逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程得到關(guān)節(jié)角度值。直角坐標(biāo)空間描述法首先將起點(diǎn)到終點(diǎn)的軌跡分成若干段，使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)這些分段軌跡的端點(diǎn)，并且在這些端點(diǎn)上計(jì)算機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)變量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是路徑可知其可控，但是其計(jì)算量大，容易出現(xiàn)奇異點(diǎn)。由于機(jī)器人在取餐時(shí)對(duì)勺子的姿態(tài)有要求且對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的路徑也有要求，所以采用直角坐標(biāo)空間來(lái)進(jìn)行軌跡規(guī)劃。在進(jìn)行軌跡規(guī)劃可以采用直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、橢圓插補(bǔ)、樣條曲線插補(bǔ)等等。在工業(yè)應(yīng)用中，最實(shí)用的軌跡是點(diǎn)到點(diǎn)之間的直線運(yùn)動(dòng)，但也經(jīng)常碰到多目標(biāo)點(diǎn)(例如有中間點(diǎn))間需要平滑過(guò)渡的情況。為了減少計(jì)算量我們采用直線插補(bǔ)，機(jī)器人在進(jìn)行直線插補(bǔ)過(guò)程中，對(duì)機(jī)器人勺子關(guān)節(jié)的姿態(tài)有要求，具體規(guī)劃步驟如下：（1）將時(shí)間增加一個(gè)增量t=t+△；（2）根據(jù)勺子末端運(yùn)動(dòng)軌跡的函數(shù)計(jì)算出勺子的位置和姿態(tài)；（3）根據(jù)機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解得到對(duì)應(yīng)于該位姿的各個(gè)關(guān)節(jié)角度；（4）將各個(gè)關(guān)節(jié)變量輸送到機(jī)器人控制器。為了保證勺子的軌跡為直線，需要求解起點(diǎn)與終點(diǎn)位姿之間的變換，并將其劃分為許多段。至少有以下三種不同方法可用來(lái)將該總變換化為許多的小段變換。保證在起點(diǎn)與終點(diǎn)之間有平滑的線性變換，因此需要大量很小的分段，從而產(chǎn)生了大量的微分運(yùn)動(dòng)。利用微分運(yùn)動(dòng)方程，可將末端手坐標(biāo)系在每個(gè)新段的位姿與微分運(yùn)動(dòng)、雅可比矩陣及關(guān)節(jié)速度通過(guò)下列方程聯(lián)系在一起。該方法需要進(jìn)行大量的計(jì)算，并且僅當(dāng)雅可比矩陣逆存在時(shí)才有效。（2）在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的變換分解為一個(gè)平移和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)。平移是將坐標(biāo)原點(diǎn)從起點(diǎn)移動(dòng)到終點(diǎn)，第一個(gè)旋轉(zhuǎn)是將末端手坐標(biāo)系與期望姿態(tài)對(duì)準(zhǔn)，而第二個(gè)旋轉(zhuǎn)是手坐標(biāo)系繞其自身周轉(zhuǎn)到最終的姿態(tài)。所有這3個(gè)變換同時(shí)進(jìn)行。（3）在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的變換R分解為一個(gè)平移和一個(gè)K軸的旋轉(zhuǎn)。平移仍是將坐標(biāo)原點(diǎn)從起點(diǎn)移動(dòng)到終點(diǎn)，而旋轉(zhuǎn)則是將手臂坐標(biāo)系與最終的期望姿態(tài)對(duì)準(zhǔn)。兩個(gè)變換同時(shí)進(jìn)行。機(jī)器人操作手插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)方程的求解：由于只考慮在X-Z平面的運(yùn)動(dòng)，可以設(shè)起始點(diǎn)為速度為末端點(diǎn)為速度為，則通過(guò)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)即可求出各個(gè)關(guān)節(jié)分別在起點(diǎn)和末端點(diǎn)的角度，設(shè)第i各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方程為，則用三次函數(shù)表示為：（3-1）根據(jù)初始條件和末端條件：（3-2）對(duì)式（3-1）求導(dǎo)后得到（3-3）聯(lián)合求解即可求出各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方程為：（3-4）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)從初始位置P1點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到P2點(diǎn)從P1到P2點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為第一段運(yùn)動(dòng)軌跡，為一條直線，且是在X-Z面，所以y坐標(biāo)為0，且運(yùn)動(dòng)軌跡為由于該條軌跡只需要知道起點(diǎn)和終點(diǎn)的位姿，即PTP方式，因此采用關(guān)節(jié)空間法進(jìn)行軌跡規(guī)劃：首先將運(yùn)動(dòng)直線分為n段來(lái)運(yùn)行，通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解出在點(diǎn)及處各個(gè)關(guān)節(jié)的角度。然后根據(jù)實(shí)際要求給定的各個(gè)關(guān)節(jié)在起點(diǎn)和終點(diǎn)的角加速度即可求出各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)方程，在此過(guò)程中，各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)的時(shí)間必須相等。第二段運(yùn)動(dòng)軌跡：機(jī)器人從點(diǎn)開(kāi)始以圓弧運(yùn)動(dòng)，其中圓弧半徑為R，圓心坐標(biāo)為O2，終點(diǎn)為，在此過(guò)程中軌跡函數(shù)見(jiàn)式（3-5）（3-5）由于在這個(gè)過(guò)程中對(duì)機(jī)器人的路徑有要求，所以采用直角坐標(biāo)系空間法進(jìn)行軌跡規(guī)劃，設(shè)機(jī)器人通過(guò)n步從起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)。則對(duì)應(yīng)于第i步有：（3-6）o與z夾角為（3-7）所以（3-8）通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解出各關(guān)節(jié)角度及根據(jù)要求給定的角加速度后，按直線插補(bǔ)方式進(jìn)行插補(bǔ)。只要在硬件條件滿(mǎn)足的前提下，n越大，步數(shù)越多，精度越高。第三段軌跡：當(dāng)機(jī)器走到圓弧終點(diǎn)后沿直線運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)，取餐過(guò)程結(jié)束。由于機(jī)器人已經(jīng)取完了食物，所以機(jī)器末端必須時(shí)刻保持水平狀態(tài)，即有姿態(tài)要求：（3-9）所以采用直角坐標(biāo)系空間法來(lái)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，設(shè)機(jī)器人通過(guò)n步從起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)。則對(duì)應(yīng)于第i步有：x4（3-10）（3-11）o與z的夾角為度，即：（3-12）通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解出各關(guān)節(jié)角度后再根據(jù)給定的角加速度可解出各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。第四段軌跡：機(jī)器人喂食路徑為末端從點(diǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)。軌跡規(guī)劃方法同第三段。第五段軌跡：機(jī)器人第五段軌跡為從點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到，軌跡規(guī)劃與第一段相同。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)總體方案機(jī)器人的控制系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制、路徑控制、插補(bǔ)和坐標(biāo)變換、周邊裝置控制等功能。控制系統(tǒng)涉及到了傳感技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、控制理論和控制算法等相關(guān)理論和技術(shù)，機(jī)器人控制系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的性能，在機(jī)器人系統(tǒng)中有重要的作用?？刂葡到y(tǒng)能準(zhǔn)確無(wú)誤地控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，該控制系統(tǒng)能夠?qū)?4V的開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換為能夠供各部分使用的電源。由于機(jī)器人的工作對(duì)象為人，所以機(jī)器人控制系統(tǒng)必須能夠保證機(jī)器人人機(jī)交互的安全。從而機(jī)器人必須滿(mǎn)足以下要求：取飯要求：機(jī)器人能完成所有功能第一步是機(jī)器人必須能夠取到食物，機(jī)器人在取餐時(shí)不能夠?qū)⑹澄锱霾捅P(pán)，也不能對(duì)機(jī)器人本體造成傷害。喂飯要求：機(jī)器人取完食物后，需要將食物送到人能夠吃的位置，必須保證機(jī)器人在將食物從餐盤(pán)里送到喂食位置這段過(guò)程中運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)安全要求：機(jī)器人必須保證在各種突發(fā)情況不會(huì)對(duì)人或者機(jī)器人本身造成傷害。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到程序錯(cuò)誤、控制電路出現(xiàn)故障、外界干擾、人類(lèi)運(yùn)動(dòng)不確定性等因素的影響，所以機(jī)器人控制系統(tǒng)必須包含嚴(yán)格的安全保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求建立如圖4.1.1所示的機(jī)器人功能框圖。圖4.1.1機(jī)器人功能框圖圖4.1.2為喂飯機(jī)器人電路圖圖4.1.2喂飯機(jī)器人系統(tǒng)電路圖4.2運(yùn)動(dòng)控制器選型運(yùn)動(dòng)控制器采用STM32芯片控制，作為喂飯機(jī)器人上的主控制器，需要處理的數(shù)據(jù)和事件比較多，因此需要一款功能強(qiáng)大的處理器——STM32這款32位的微處理器正是最佳的選擇。下面將著重介紹STM32的強(qiáng)大的功能。STM32的突出的功能包括以下幾點(diǎn)：1．性能強(qiáng)勁。在相同的主頻下能做處理更多的任務(wù)，全力支持勁爆的程序設(shè)計(jì)。2．功耗低。延長(zhǎng)了電池的壽命——這簡(jiǎn)直就是便攜式設(shè)備的命門(mén)（如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）。3．實(shí)時(shí)性好。采用了很前衛(wèi)甚至革命性的設(shè)計(jì)理念，使它能極速地響應(yīng)中斷，而且響應(yīng)中斷所需的周期數(shù)是確定的。4．代碼密度得到很大改善。一方面力挺大型應(yīng)用程序，另一方面為低成本設(shè)計(jì)而省吃?xún)€用。5．使用更方便?，F(xiàn)在從8位/16位處理器轉(zhuǎn)到32位處理器之風(fēng)刮得越來(lái)越猛，更簡(jiǎn)單的編程模型和更透徹的調(diào)試系統(tǒng)，為與時(shí)俱進(jìn)的人們大大減負(fù)。6．低成本的整體解決方案。讓32位系統(tǒng)比和8位/16位的還便宜，低端的Cortex‐M3單片機(jī)甚至還賣(mài)不到1美元。7．遍地開(kāi)花的優(yōu)秀開(kāi)發(fā)工具。免費(fèi)的，便宜的，全能的，要什么有什么。正是基于以上這么多的優(yōu)點(diǎn)，使得STM32成為本設(shè)計(jì)中喂飯機(jī)器人上的主處理器的最佳選擇。下圖4.2.1為STM32的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4.2.1STM32的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖高級(jí)控制定時(shí)器由一個(gè)16位的自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器組成，它由一個(gè)可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)。它適合多種用途，包含測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖寬度(輸入捕獲)，或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較，PWM，嵌入死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ)PWM……)。使用定時(shí)器預(yù)分頻器和RCC時(shí)鐘控制預(yù)分頻器，可以實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾個(gè)微秒到幾個(gè)毫秒的調(diào)節(jié)。高級(jí)控制(TIM1)和通用(TIMx)定時(shí)器是完全獨(dú)立的，它們不共享任何資源TIM1定時(shí)器的功能包括：1.16位上，下，上/下自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器2.16位可編程預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù)為1～65535之間的任意數(shù)值3.4個(gè)獨(dú)立通道：輸入捕獲，輸出比較，PWM生成(邊緣或中間對(duì)齊模式)，單脈沖模式輸出，死區(qū)時(shí)間可編程的互補(bǔ)輸出4.使用外部信號(hào)控制定時(shí)器和定時(shí)器互連的同步電路5.在指定數(shù)目的計(jì)數(shù)器周期之后更新定時(shí)器寄存器6.剎車(chē)輸入信號(hào)可以將定時(shí)器輸出信號(hào)置于復(fù)位狀態(tài)或者一個(gè)已知狀態(tài)7.如下事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生中斷/DMA：（1）更新：計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出，計(jì)數(shù)器初始化(通過(guò)軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā))（2）觸發(fā)事件(計(jì)數(shù)器啟動(dòng)，停止，初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù))（3）輸入捕獲─輸出比較─剎車(chē)信號(hào)輸入4.3舵機(jī)控制設(shè)計(jì)舵機(jī)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)

。

舵機(jī)都有外接三根線，分別用棕、紅、橙三種顏色進(jìn)行區(qū)分，棕色為接地線，紅色為電源正極線，橙色為信號(hào)線。電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路所需的能源．電壓通常介于4～6V，一般取5V。圖4.3舵機(jī)接線圖其工作原理是：控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms~2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。以180度角度伺服為例，那么對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的：

0.5ms—90度；

1.0ms—45度；

1.5ms0度；

2.0ms45度；

2.5ms90度；舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是通過(guò)調(diào)節(jié)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，標(biāo)準(zhǔn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)的周期固定為20ms（50Hz），理論上脈寬分布應(yīng)在1ms到2ms之間，但是，事實(shí)上脈寬可由0.5ms到2.5ms之間，脈寬和舵機(jī)的轉(zhuǎn)角0°～180°相對(duì)應(yīng)。有一點(diǎn)值得注意的地方，由于舵機(jī)牌子不同，對(duì)于同一信號(hào)，不同牌子的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度也會(huì)有所不同。控制說(shuō)明：舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間對(duì)于控制非常重要，一方面可以通過(guò)修改PWM周期獲得。另一方面也可以通過(guò)機(jī)械方式，利用舵機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距余量，將角度進(jìn)行放大，加快舵機(jī)響應(yīng)速度。4.4電源供電電路設(shè)計(jì)圖4.4供電電路圖4.5傳感檢測(cè)外圍電路設(shè)計(jì)圖4.5.1超聲波模塊圖4.5.2無(wú)線模塊軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1軟件系統(tǒng)總體方案5.1.1STM32固件庫(kù)簡(jiǎn)介STM32的函數(shù)庫(kù)是一個(gè)固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。該函數(shù)庫(kù)還包括每一個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)描述和應(yīng)用實(shí)例。通過(guò)使用本固件函數(shù)庫(kù)，無(wú)需深入掌握細(xì)節(jié)，用戶(hù)也可以輕松應(yīng)用每一個(gè)外設(shè)。因此，使用本固態(tài)函數(shù)庫(kù)可以大大減少用戶(hù)的程序編寫(xiě)時(shí)間，進(jìn)而降低開(kāi)發(fā)成本。每個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)都由一組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)所有功能。每個(gè)器件的開(kāi)發(fā)都由一個(gè)通用API(applicationprogramminginterface應(yīng)用編程界面)驅(qū)動(dòng)，API對(duì)該驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)，函數(shù)和參數(shù)名稱(chēng)都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。所有的驅(qū)動(dòng)源代碼都符合“StrictANSI-C”標(biāo)準(zhǔn)（項(xiàng)目于范例文件符合擴(kuò)充ANSI-C標(biāo)準(zhǔn)）。驅(qū)動(dòng)源代碼已經(jīng)文檔化，他們同時(shí)兼容MISRA-C2004標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)需要，我們可以提供兼容矩陣）。由于整個(gè)固態(tài)函數(shù)庫(kù)按照“StrictANSI-C”標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)，它不受不同開(kāi)發(fā)環(huán)境的影響。僅對(duì)話啟動(dòng)文件取決于開(kāi)發(fā)環(huán)境。該固態(tài)函數(shù)庫(kù)通過(guò)校驗(yàn)所有庫(kù)函數(shù)的輸入值來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)錯(cuò)誤檢測(cè)。該動(dòng)態(tài)校驗(yàn)提高了軟件的魯棒性。實(shí)時(shí)檢測(cè)適合于用戶(hù)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試。但這會(huì)增加了成本，可以在最終應(yīng)用程序代碼中移去，以?xún)?yōu)化代碼大小和執(zhí)行速度。因?yàn)樵摴碳?kù)是通用的，并且包括了所有外設(shè)的功能，所以應(yīng)用程序代碼的大小和執(zhí)行速度可能不是最優(yōu)的。對(duì)大多數(shù)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，用戶(hù)可以直接使用之，對(duì)于那些在代碼大小和執(zhí)行速度方面有嚴(yán)格要求的應(yīng)用程序，該固件庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序可以作為如何設(shè)置外設(shè)的一份參考資料，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計(jì)即是利用STM32中的固件庫(kù)為基礎(chǔ)而編寫(xiě)的，直接調(diào)用現(xiàn)成的外設(shè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)使得主程序變的更加簡(jiǎn)潔，可讀性比較高。本設(shè)計(jì)中用到的固件庫(kù)函數(shù)主要有時(shí)鐘初始化相關(guān)的固件庫(kù)函數(shù)、I/O口初始化相關(guān)的固件庫(kù)函數(shù)和SPI總線接口相關(guān)的固件庫(kù)函數(shù)。5.1.2軟件總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)程序時(shí)采用模塊化的思想，將程序劃分為幾塊，這樣做即使得程序結(jié)構(gòu)清晰、增強(qiáng)可讀性，又使得程序在調(diào)試的時(shí)候可以單獨(dú)對(duì)每個(gè)子程序分別調(diào)試，減少了程序調(diào)試的時(shí)間。本設(shè)計(jì)的源程序主要分為以下幾個(gè)部分：時(shí)鐘初始化子程序，GIPO初始化子程序，嵌套向量中斷控制器(NVIC)初始化子程序，串口初始化，定時(shí)器初始化。軟件的總體流程圖如下圖5.1.2所示。圖5.1.2軟件控制流程圖5.1.3子程序設(shè)計(jì)時(shí)鐘初始化子程序系統(tǒng)時(shí)鐘SYSCLK可以選擇三種類(lèi)型的時(shí)鐘提供：HSE、HIS和PLLCLK，其中HSE為外部高速時(shí)鐘，可以由外部晶振電路提供，晶振電路分別接到SOC_IN和SOC_OUT即可，而HSI時(shí)鐘信號(hào)由內(nèi)部8MHz的RC振蕩器產(chǎn)生，可直接作為系統(tǒng)時(shí)鐘或在2分頻后作為PLL輸入，由于外部時(shí)鐘源工作穩(wěn)定而且時(shí)鐘頻率精確，所以本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘源作為系統(tǒng)的時(shí)鐘。STM32的系統(tǒng)時(shí)鐘可以有內(nèi)部的振蕩器提供，也可以由外部的由晶振構(gòu)成是振蕩電路提供時(shí)鐘，本設(shè)計(jì)中采用外部振蕩電路為STM32提供穩(wěn)定的時(shí)鐘脈沖。由于STM32中的包含的大部分外設(shè)是在連續(xù)的時(shí)鐘脈沖下才能正常工作，所以STM32中存在一些分頻器和倍頻器，這些分頻器或倍頻器將系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻或者倍頻用來(lái)為相應(yīng)的外設(shè)提供合適的時(shí)鐘信號(hào)。本設(shè)計(jì)所需的STM32的模塊包括TIM3和GPIOA、B口，串口，所以也要對(duì)外設(shè)的時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置。由于在APB1和APB2系統(tǒng)總線外設(shè)上，所以要對(duì)APB1和APB2總線的時(shí)鐘頻率進(jìn)行設(shè)置。經(jīng)過(guò)APB1與APB2的分頻，將SYSCLK轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行外設(shè)及TIMX可以接收的系統(tǒng)時(shí)鐘。在時(shí)鐘初始化子程序中先對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的模式進(jìn)行選擇，即將系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置為HSE模式（外部時(shí)鐘模式），然后設(shè)置AHB時(shí)鐘等于系統(tǒng)時(shí)鐘，且設(shè)置了低速或高速AHB，最后使能的時(shí)鐘，時(shí)鐘初始化子程序的流程圖如下圖5.1.3。圖5.1.3時(shí)鐘初始化流程圖I/O口初始化子程序每個(gè)GPI/O端口有兩個(gè)32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，兩個(gè)32位數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一個(gè)32位置位/復(fù)位寄存器(GPIOx_BSRR)，一個(gè)16位復(fù)位寄存器(GPIOx_BRR)和一個(gè)32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。每個(gè)I/O端口位可以自由編程，然而I/0端口寄存器必須按32位字被訪問(wèn)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允許對(duì)任何GPIO寄存器的讀/更改的獨(dú)立訪問(wèn)；這樣，在讀和更改訪問(wèn)之間產(chǎn)生IRQ時(shí)不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。當(dāng)作為輸出配置時(shí)，寫(xiě)到輸出數(shù)據(jù)寄存器上的值(GPIOx_ODR)輸出到相應(yīng)的I/O引腳?？梢砸酝仆炷Ｊ交蜷_(kāi)漏模式(當(dāng)輸出0時(shí)，只有N-MOS被打開(kāi))使用輸出驅(qū)動(dòng)器。輸入數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR)在每個(gè)APB2時(shí)鐘周期捕捉I/O引腳上的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)使用的STM32的TIM_Channel_1234,其接口對(duì)應(yīng)的是STM32上的PA6、PA7、PB0、PB1口。設(shè)計(jì)中PA6的通訊方式是推挽式輸出方式，設(shè)置的最高輸出速率為50MHz。PWM信號(hào)子程序脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個(gè)由TIM3_ARR寄存器確定頻率、由TIM3_CCRx寄存器確定占空比的信號(hào)。在TIM3_CCMRx寄存器中的OCxM位寫(xiě)入’110’，確定PWM模式1，能夠獨(dú)立地設(shè)置OC1輸出通道產(chǎn)生一路PWM。通過(guò)設(shè)置TIM3_CounterMode設(shè)置其為向上計(jì)數(shù)，通過(guò)設(shè)置TIM3_CCMRx寄存器的OC1_PE位使能相應(yīng)的預(yù)裝載寄存器，最后還要設(shè)置TIM3_CR1寄存器的ARPE位使能自動(dòng)重裝載的預(yù)裝載寄存器。因?yàn)閮H當(dāng)發(fā)生一個(gè)更新事件的時(shí)候，預(yù)裝載寄存器才能被傳送到影子寄存器，因此在計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)之前，必須通過(guò)設(shè)置TIM3_EGR寄存器中的UG位來(lái)初始化所有的寄存器。OCx的極性可以通過(guò)軟件在TIMx_CCER寄存器中的CCxP位設(shè)置，它可以設(shè)置為高電平有效或低電平有效。OCx的輸出使能通過(guò)(TIMx_CCER和TIMx_BDTR寄存器中)CCxE、CCxNE、MOE、OSSI和OSSR位的組合控制。在PWM模式1下，TIMx_CNT和TIMx_CCRx始終在進(jìn)行比較，依據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向以確定是否符合TIMx_CCRx≤TIMx_CNT或者TIMx_CNT≤TIMx_CCRx。根據(jù)TIMx_CR1寄存器中CMS位的狀態(tài)，定時(shí)器能夠產(chǎn)生邊沿對(duì)齊的PWM信號(hào)或中央對(duì)齊的PWM信號(hào)。5.2位姿控制方案與流程位姿控制是基于Matlab運(yùn)動(dòng)學(xué)反解，通過(guò)在Matlab程序中輸入位置變量，求解出轉(zhuǎn)角，再通過(guò)串口發(fā)送到STM32的控制程序中，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，從而到達(dá)設(shè)定的位置。下圖5.2為位姿控制流程圖圖5.2位姿控制流程圖5.3速度控制方案與流程速度控制及控制PWM波發(fā)生后的延時(shí)時(shí)間，延時(shí)時(shí)間短，則舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)轉(zhuǎn)角的速度快，延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，則速度慢。通過(guò)控制延時(shí)時(shí)間就可控制速度的快慢。5.4軌跡控制方案與流程喂飯機(jī)器人軌跡控制主要是基于MATLAB反解程序，根據(jù)給定的空間坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)反解出轉(zhuǎn)角，再通過(guò)串口輸送到STM32程序中，控制舵機(jī)運(yùn)動(dòng)。裝配與調(diào)試6.1機(jī)器人系統(tǒng)整體裝配根據(jù)3.2節(jié)中的裝配關(guān)系，使用一系列的五金工具，完成硬件的裝配。通過(guò)電路原理圖進(jìn)行電路的搭接。如圖6.1.1為喂飯機(jī)器人整體裝配效果圖。6.2系統(tǒng)調(diào)試流程與狀況6.2.1系統(tǒng)調(diào)試流程系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程是在機(jī)械系統(tǒng)裝配完成后，將程序下載到STM32芯片，進(jìn)行聯(lián)調(diào)。由于STM32的集成度都比較高，所以本設(shè)計(jì)所用到的元器件比較少，電路的鏈接也比較簡(jiǎn)單。STM32與舵機(jī)之間只有三條連接線，即舵機(jī)的電源線、地線和信號(hào)線。硬件部分的調(diào)試系統(tǒng)主要是采用逐塊調(diào)試法。先對(duì)整個(gè)電路板的STM32處理器進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)確信焊接無(wú)誤后，在對(duì)四個(gè)舵機(jī)進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)這些工作都完畢后，才能開(kāi)始整機(jī)連調(diào)。圖6.1.1裝配效果圖軟件的調(diào)試和硬件的調(diào)試都是獨(dú)立進(jìn)行的，軟件部分包括時(shí)鐘初始化子程序、PWM信號(hào)子程序。軟件調(diào)試中需要用到的測(cè)量信號(hào)可以用仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的電壓信號(hào)進(jìn)行模擬，整個(gè)測(cè)試過(guò)程可以通過(guò)keiluvision5軟件進(jìn)行模擬仿真調(diào)試。完成程序的設(shè)計(jì)和硬件的搭接之后要能確保軟件調(diào)試和硬件調(diào)試各自都正確無(wú)誤，接著再對(duì)硬、軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。在調(diào)試中繼續(xù)找出單獨(dú)調(diào)試中無(wú)法顯現(xiàn)的故障，反復(fù)進(jìn)行改進(jìn)軟件、修改硬件設(shè)計(jì)的工作，直到所設(shè)計(jì)的舵機(jī)控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行正確仿真后，才能進(jìn)行最后的軟件固化與整機(jī)的組裝工作。6.2.2調(diào)試出現(xiàn)狀況及解決方法一、180°舵機(jī)剛開(kāi)始時(shí)輸出的PWM波使舵機(jī)角度到達(dá)死區(qū)，導(dǎo)致舵機(jī)不停地旋轉(zhuǎn)解決方法：測(cè)試出舵機(jī)死區(qū)角度，再控制舵機(jī)的PWM波避免輸出死區(qū)角度。二、最開(kāi)始調(diào)試舵機(jī)時(shí)，只考慮到單純的軌跡規(guī)劃，沒(méi)有考慮到勺子取飯后水平問(wèn)題解決方法：盛飯后舵機(jī)2、3不能分開(kāi)運(yùn)動(dòng)，必須同時(shí)運(yùn)動(dòng)相同的角度以保證勺子的水平，以免飯灑出。三、串口接受數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問(wèn)題開(kāi)始時(shí)，以為是以數(shù)值方式存儲(chǔ)，最后經(jīng)過(guò)逐步仿真是以ASCII碼方式存儲(chǔ)。四、舵機(jī)會(huì)老發(fā)出吱吱的響聲？原因分析：舵機(jī)老發(fā)出吱吱的來(lái)回定位調(diào)整響聲，是由于有的舵機(jī)無(wú)滯環(huán)調(diào)節(jié)功能，控制死區(qū)范圍調(diào)得小，只要輸入信號(hào)和反饋信號(hào)老是波動(dòng)，它們的差值超出控制死區(qū)，舵機(jī)就發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。另沒(méi)有滯環(huán)調(diào)節(jié)功能，如果舵機(jī)齒輪組機(jī)械精度差，齒虛位大，帶動(dòng)反饋電位器的旋轉(zhuǎn)步，步范圍就已超出控制死區(qū)范圍，那舵機(jī)必將調(diào)整不停，吱吱不停。6.3設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)結(jié)構(gòu)方面：通體結(jié)構(gòu)自主設(shè)計(jì)，并采用時(shí)下比較先進(jìn)的3D打印技術(shù)，打印成型。編程方面：采用MATLAB軟件，通過(guò)坐標(biāo)位置反解角度，用串口模塊控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡。6.4系統(tǒng)缺陷與改進(jìn)1.機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中抖動(dòng)情況時(shí)有發(fā)生，這一情況出現(xiàn)的原因是受舵機(jī)精度、舵機(jī)力矩等影響。改進(jìn)方法是更換高精度舵機(jī)，以及大力矩舵機(jī)，并且改進(jìn)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)2.由于旋轉(zhuǎn)底座部件中舵機(jī)重量偏大，會(huì)導(dǎo)致底盤(pán)部分受力不均，使底盤(pán)部分舵機(jī)壽命下降，為改善這一情況，在旋轉(zhuǎn)底座與底盤(pán)間加4個(gè)表面光滑的小圓柱體，從而使得這一狀況得以改善。3.系統(tǒng)當(dāng)下依靠人工確定喂飯空間點(diǎn)，屬于半智能化，后續(xù)需要加裝諸如攝像頭一類(lèi)的傳感檢測(cè)元件，以實(shí)現(xiàn)智能化。4.現(xiàn)階段喂飯機(jī)器人系統(tǒng)過(guò)于笨重，并且四自由度機(jī)械臂系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)不夠靈活，需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。市場(chǎng)應(yīng)用前景分析7.1應(yīng)用前景分析中投顧問(wèn)在《2016-2020年中國(guó)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》中指出，縱觀國(guó)內(nèi)外服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展，可以發(fā)現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人在我國(guó)具有廣闊的市場(chǎng)空間。首先是老齡化社會(huì)和殘疾人服務(wù)對(duì)服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)需求。目前我國(guó)60歲以上人口已超過(guò)總?cè)丝诘?5%，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)老年人數(shù)量將達(dá)到2.43億，人口的老齡化問(wèn)題將成為中國(guó)面臨的前所未有的新挑戰(zhàn)；此外，我國(guó)殘疾人占總?cè)丝诒戎匚痪尤澜巛^高國(guó)家之列。可以預(yù)計(jì)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，老年人和殘疾人的護(hù)理將成為社會(huì)的一個(gè)重要負(fù)擔(dān)，需要一大批護(hù)理機(jī)器人提供諸如取物、喂飯、翻書(shū)等服務(wù)，幫助、照顧老年人和殘疾人的日常生活，提高他們的生活質(zhì)量，從而減少整個(gè)社會(huì)對(duì)護(hù)理人員數(shù)量和質(zhì)量的需求。從預(yù)測(cè)報(bào)告中可以看出喂飯機(jī)器人在市場(chǎng)上具有很可觀的應(yīng)用前景，并且我國(guó)市場(chǎng)上此類(lèi)型產(chǎn)品較少，發(fā)展空間比較大。7.2目標(biāo)人群（1）主要消費(fèi)人群年齡集中在30-45歲之間，主要是為孝敬老人以及提高生活水平。思想覺(jué)悟水平比較高，密集分布于華東地區(qū)，經(jīng)濟(jì)能力屬于中高等級(jí)，接受新鮮事物的能力比較高。（2）年齡在50-65之間，性別上男性居多，屬于老頑童一系，對(duì)新鮮事物接受能力比較強(qiáng)（3）一群對(duì)自動(dòng)化控制熱愛(ài)/對(duì)新鮮事物具有很強(qiáng)的好奇型人群，價(jià)值人群年齡：25-40之間，職業(yè)：計(jì)算機(jī)領(lǐng)域自動(dòng)化領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)周邊教育程度：高7.3營(yíng)銷(xiāo)策略（1）可以搞免費(fèi)征集試用活動(dòng)，條件是混跡于論壇流量好且在論壇的威望較高的成員，利用他們的高威望在論壇寫(xiě)試用帖子做軟宣傳，他們會(huì)覺(jué)得受到重視有價(jià)值而用心寫(xiě)評(píng)測(cè)，產(chǎn)品則因此會(huì)受到更多人關(guān)注。（2）通過(guò)視頻專(zhuān)業(yè)拍攝產(chǎn)品介紹產(chǎn)品評(píng)測(cè)產(chǎn)品比較來(lái)影響受眾人群，視頻背景需要暖色調(diào)，簡(jiǎn)潔。將視頻應(yīng)用于各大視頻網(wǎng)站。（3）商家應(yīng)該深度挖掘出用戶(hù)對(duì)與機(jī)器人的需求；可以在專(zhuān)門(mén)的論壇中做廣告投放通過(guò)精準(zhǔn)的廣告投放和自發(fā)式影響身邊的人來(lái)導(dǎo)入品牌，提高品牌認(rèn)知度。（4）定向廣告投入，垂直媒體（汽車(chē)媒體、財(cái)經(jīng)媒體、影音媒體等）合作創(chuàng)意活動(dòng)，或者尋找跨界合作機(jī)會(huì)（比如家庭電視劇植入、電影植入或者科技類(lèi)題材電影貼片）在充分展示功能性強(qiáng)大的同時(shí)，更多的是表達(dá)出高科技和酷炫的感覺(jué)，讓顧客感受到，擁有這樣一件電器，是件很酷的事。項(xiàng)目心得這次項(xiàng)目我們充分發(fā)揮了團(tuán)隊(duì)合作精神，在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，我們分工明確，積極，努力認(rèn)真的完成了此次項(xiàng)目。有苦有累也有歡笑。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)到了很多東西，也加強(qiáng)鍛煉了動(dòng)手能力。我們體會(huì)到了學(xué)以致用是一個(gè)過(guò)程，這需要不斷地探討、實(shí)踐、總結(jié)。在整個(gè)過(guò)程中，我們遇到了許多困難，有些問(wèn)題很難查出原因，但是我們堅(jiān)持了下來(lái)，很好的鍛煉了我們的耐心和毅力。在設(shè)計(jì)中，考慮問(wèn)題越全面、分析問(wèn)題越細(xì)，所做出來(lái)的產(chǎn)品的層次才會(huì)越高。這次課程設(shè)計(jì)也使我們對(duì)機(jī)械本體和電子、電氣控制的軟硬件的設(shè)計(jì)過(guò)程有了較全面的了解，使我們掌握機(jī)電工程設(shè)計(jì)的基本方法，提高了分析問(wèn)題和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，加強(qiáng)了工程觀念，將整個(gè)課程內(nèi)容有機(jī)而系統(tǒng)地結(jié)合起來(lái)。同時(shí)，這促進(jìn)我們的交流與合作，使我們提高了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓我們學(xué)到了很多知識(shí)，使我們得到了較全面的發(fā)展。在項(xiàng)目的完成過(guò)程中，我們遇到了許多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)老師的幫助、各組之間的探究以及同組成員的討論，我們克服了這些困難，最終完成項(xiàng)目任務(wù)。項(xiàng)目充分運(yùn)用了我們所學(xué)的各項(xiàng)知識(shí)，從機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)到本學(xué)期所學(xué)的各科知識(shí)，是對(duì)我們綜合素質(zhì)的一次考驗(yàn)，也是一次挑戰(zhàn)。在本次項(xiàng)目過(guò)程中，我們大量查閱了各種資料，豐富了我們的知識(shí)，開(kāi)闊了我們的視野，是我們能夠進(jìn)行一次真正的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，了解到了在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過(guò)程中所遇到的各項(xiàng)問(wèn)題，互相幫助，共同完成。此次項(xiàng)目得益于學(xué)院的對(duì)我們機(jī)電系的大力支持，感謝所有老師對(duì)我們的幫助。參考文獻(xiàn)邵曉榮.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].第二版，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.20-47頁(yè)，80-82.賈春玉張樹(shù)存.畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖[M].第三版，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.171-176.北京兆迪科技有限公司.SolidWorks工程圖教程[M].2015版，北京：電子工業(yè)出版，2015.7.29-179.龔溎義潘沛霖陳秀等.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M].第三版，北京：高等教育出版社，2011.55-10.（美）哈比森（Harbison,S.P.）等著；徐波等譯.C語(yǔ)言參考手冊(cè)[M].原書(shū)第5版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.6.246-254.何應(yīng)俊曾祥云.51單片機(jī)C語(yǔ)言編程一學(xué)就會(huì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.7.9-36.王正林王勝開(kāi)陳國(guó)順.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.711-73.李彥濤.助餐機(jī)器人軌跡控制與仿真研究[D].哈爾濱工程大學(xué)：機(jī)電工程學(xué)院，2008.喻大發(fā).Adroit助餐機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究[D].哈爾濱工程大學(xué)：機(jī)電工程學(xué)院，2013.3吳磊史儀凱王萑.四自由度機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及雅克比矩陣求解[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2009.6.28，第28卷第6期：764-767頁(yè).祈飛科技有限公司.智能服務(wù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[EB/OL]./news/news489.html.2016.7.14百度文庫(kù).國(guó)外機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[DB/OL]./view/404973ddc5da50e2524d7fe7.html.2015.12.18百度文庫(kù).步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、舵機(jī)以及交流電機(jī)在生活中的應(yīng)用[DB/OL]./view/bb573aba1a37f111f1855b3b.html.2011.7.22電子發(fā)燒友論壇.常用單片機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)詳細(xì)剖析[EB/OL]./jishu_938153_1_1.html.2016.9.12中國(guó)科技部官方網(wǎng)站./kjbgz/200503/t20050313_19642.htm.王嵐，鄒宇鵬，李彥濤.助餐機(jī)器人軌跡跟蹤控制實(shí)驗(yàn)研究[J].測(cè)控技術(shù)，2010(8)：1-2頁(yè)李彥濤，張立勛，孫樹(shù)強(qiáng).基于XPC的助餐機(jī)器人實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)研究[J].中國(guó)康復(fù)協(xié)會(huì)醫(yī)學(xué)雜志，2011(04)知乎.步進(jìn)電機(jī)、舵機(jī)、伺服電機(jī)的區(qū)別[EB/OL]./27695.html.2015.11.15王學(xué)恭.機(jī)器人控制研究[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2006：3-42頁(yè)李學(xué)軍.基于STM32的舵機(jī)控制系統(tǒng)[D].沈陽(yáng)航空航天大學(xué)：北方科技學(xué)院，2010.6范守文，徐禮鋸.機(jī)器人工作分析的解析法.第十四屆全國(guó)機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)研討會(huì)暨第二屆海峽兩岸機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)，1-4頁(yè)張立勛，董玉紅.機(jī)電系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì).哈爾濱工程大學(xué)出版社，2009(1)：31-62頁(yè)附錄一成本分析名稱(chēng)STM32芯片MG995舵機(jī)SM-S8166M舵機(jī)3D打印費(fèi)用亞克力板降壓模塊電源其他單價(jià)3025125109.550數(shù)量131111總計(jì)3075125300109.55025624.5（單位：元）附錄二系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模與軌跡規(guī)劃（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)正解symsnxoxaxpxnyoyaypynzozazpzrealsymsAA1A2A3A4A5e0e6e7theta11qrealtheta1=pi/3;theta2=pi/4;theta3=-pi/6;theta4=pi/5;T01=[cos(theta1)-sin(theta1)00;sin(theta1)cos(theta1)00;0010;0001];T12=[cos(theta2)-sin(theta2)076.32;001112.96;-sin(theta2)-cos(theta2)00;0001];T23=[cos(theta3)-sin(theta3)0197.59;sin(theta3)cos(theta3)00;0010;0001];T34=[cos(theta4)-sin(theta4)023.5;0010;-sin(theta4)-cos(theta4)00;0001];T04=T01*T12*T23*T34T04=0.89980.4168-0.129421.54200.3829-0.8962-0.2241263.2319-0.20940.1521-0.9659-145.79950001.0000theta1=pi/6;theta2=pi/7;theta3=-pi/8;theta4=pi/9;T04=[0.98350.1741-0.0486184.1066;0.1729-0.9845-0.0280236.7290;-0.05270.0192-0.9984-87.04870001.0000T04=[0.98350.1741-0.0486184.1066;0.1729-0.9845-0.0280236.7290;-0.05270.0192-0.9984-87.0487；0001.0000];symsnxoxaxpxnyoyaypynzozazpzrealsymsNAA11A12A2A3A4A5e0theta1theta2theta3theta4theta5e6e7theta11qrealT01=[cos(theta1)-sin(theta1)00;sin(theta1)cos(theta1)00;0010;0001];T12=[cos(theta2)-sin(theta2)076.32;001112.96;-sin(theta2)-cos(theta2)00;0001];T23=[cos(theta3)-sin(theta3)0197.59;sin(theta3)cos(theta3)00;0010;0001];T34=[cos(theta4)-sin(theta4)023.5;0010;-sin(theta4)-cos(theta4)00;0001];T04=[0.89980.4168-0.129421.5420;0.3829-0.8962-0.2241263.2319;-0.20940.1521-0.9659-145.7995;0001.0000];T11=inv(T01);%T11為T(mén)1_0的逆矩陣T411=T12*T23*T34%求桿件4相對(duì)于桿件1的轉(zhuǎn)換矩陣T41=T11*T04f1=T411(2,4)-T41(2,4);%矩陣方程對(duì)應(yīng)元素相等[theta1,]=solve(f1,theta1)%求解theta1theta1=vpa(theta1,2)T411=[cos(theta4)*(cos(theta2)*cos(theta3)-sin(theta2)*sin(theta3)),-sin(theta4)*(cos(theta2)*cos(theta3)-sin(theta2)*sin(theta3)),-cos(theta2)*sin(theta3)-cos(theta3)*sin(theta2),(19759*cos(theta2))/100+(47*cos(theta2)*cos(theta3))/2-(47*sin(theta2)*sin(theta3))/2+1908/25][-sin(theta4),-cos(theta4),0,2824/25][-cos(theta4)*(cos(theta2)*sin(theta3)+cos(theta3)*sin(theta2)),sin(theta4)*(cos(theta2)*sin(theta3)+cos(theta3)*sin(theta2)),sin(theta2)*sin(theta3)-cos(theta2)*cos(theta3),-(19759*sin(theta2))/100-(47*cos(theta2)*sin(theta3))/2-(47*cos(theta3)*sin(theta2))/2][0,0,0,