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摘 要

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 机械臂技术的发展现状 2

1.2.1运动控制软件方面 2

1.2.2机械/电气结构方面 3

1.3 机械臂技术的发展前景 3

1.4 课题的主要研究内容 4

第二章 机械臂上位机软件设计方案 5

2.1设计任务要求 5

2.2机械臂介绍及直角坐标系的建立 5

2.2.1机械臂的各轴 5

2.2.2机械臂的直角坐标系 6

2.3 机械臂控制模块功能设计 8

2.3.1 界面设计模块 8

2.3.2串口通讯模块 9

2.3.3正/逆运动学模块 9

2.3.4运动规划模块 10

第三章 机械臂控制程序的设计 11

3.1 串口通信程序设计 11

3.1.1串口基本原理 11

3.1.2串口通信程序设计程序设计部分流程图 12

3.2 人机GUI界面设计 13

3.2.1消息显示界面 13

3.2.2 网络通信界面 14

3.2.3演示界面 14

3.3 正逆运动学演示模块设计 16

3.3.1 QT正逆运动演示模块设计 16

3.3.2 VC正逆运动演示设计 20

3. 4 运动规划演示模块设计 24

3.4.1 QT软件运动规划演示模块设计 24

3.4.2 VC软件运动规划演示模块设计 28

第四章 机械臂运动控制实验 35

4.1 串口通信模块实验 35

4.2正运动学演示实验 36

4.2.1 基于QT软件的正运动学实验 36

4.2.2 基于VC软件的正运动学实验 38

4.3逆运动学演示实验 39

4.3.1 基于QT软件的逆运动学实验 39

4.3.2 基于VC软件的逆运动学实验 40

4.4运动规划演示模块实验 40

4.4.1 基于QT软件的直线运动实验 40

4.4.2 基于VC软件的直线运动实验 42

4.4.3基于QT的圆周圆周运动实验 46

4.4.4 基于VC的圆周运动实验 47

第五章 论文总结及展望 52

5.1 论文总结 52

参考文献 53

致谢 54

桌面级机械臂运动控制上位机软件设计

摘要

机械臂是指用机械的关节来模仿人手臂的关节，来达到能够完成一些操作工具的自动操作装置，例如按照已定程序抓，搬运东西。现在，服务机器人如野火燎原一样的快速发展。所以一些低成本、小型的桌面级的机械臂产品也如同雨后春笋般的出现了。

本课题的研究目标主要是设计桌面级机械臂的上位机软件，即友好的人机交互方面，使得用户可以方便、快捷的开展机械臂方面的应用，尤其适用于课堂教学和远程实验等应用场合。人机交互软件系统分为四个部分，分别为串口通信控制，正运动学控制，逆运动学控制和运动规划。串口通信控制是指串口按位发送和接收字节，是系统当中一类重要的数据通信接口。正运动学就是指，用户自定义机械臂的各关节的角度，来计算机械臂的末端的位置信息。逆运动学是指，在得知机械臂的末端位置信息前提下，自动计算机械臂对应位置的各关节角度。运动规划使指在给定起点和给定终点间为机器人规划合适的路径。

本次课题设计的软件编写是采用C 语言编译的软件QT。程序的编写被分为两个部分，第一部分为ui界面的设计，第二部分为后台程序的编写。经过最后的测试，本次课题设计的功能基本可以实现。

关键词：机械臂 软件控制 QT 运动控制

Program design of upper computer for motion control of desktop manipulator

Abstract

The mechanical arm refers to the automatic operation device which imitates the joint of human arm with the mechanical joint to complete some operation tools, such as grasping and carrying things according to the established procedure. Now, service robots are developing as fast as wildfires. So some low-cost, small desktop level mechanical arm products are springing up.

The research goal of this subject is to design the upper computer software of desktop level manipulator, that is, friendly human-computer interaction, so that users can easily and quickly carry out the application of manipulator, especially suitable for classroom teaching and remote experiment and other applications. The software system of human-computer interaction is divided into four parts: serial communication control, forward kinematics control, inverse kinematics control and motion planning. Serial port communication control refers to the serial port sending and receiving bytes bit by bit, which is an important data communication interface in the system.Forward kinematics refers to the user-defined angle of each joint of the manipulator to calculate the position information of the end of the manipulator. Inverse kinematics refers to the joint angles of the corresponding position of the arm automatically calculated on the premise of knowing the end position information of the arm.

This project design software is compiled by C language software QT. The programming is divided into two parts, the first part is the UI interface design, the second part is the background programming.After the final test, the function of this subject design can be realized basically.

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