白昊天，李 萍

(北京信息科技大学，北京 100192)

1 引言

当前解决机械臂末端路径轨迹规划大都采用运动学正逆解及路径规划的方法，如陈雪华[1]对四自由度写字机器人进行了研究，类延超[2]对五自由度写字机器人系统进行了研究，何薇[3]基于机器视觉设计了机器人写字技术。这些方法精度高，有严谨的数学理论支撑，但用到的硬件成本较高。本文尝试采用低成本的简易的方法设计多自由度书写机械臂控制系统。

2 多自由度书写机械臂控制系统结构

2.1 机械臂结构

机械人手部若在其工作空间内到达任意位置并实现任意姿态，机器人必须至少有6个自由度[2]，写字时只需要夹紧笔，不需要松开，所以可以将末端的第6个关节去掉。为了方便分析，先用matlab对机械臂结构做建模。建立机械臂模型需要用到4个参数，即连杆长度ai、连杆扭角αi、两连杆距离di、两连杆夹角θi。连杆长度指连杆上两个关节轴线的最小距离；连杆扭角指两关节轴线的夹角；两连杆距离指关节轴上两个法线的距离；两连杆夹角指关节轴上两个法线的夹角。连杆四参数示意图如图1所示，建立的机械臂结构如图2所示。

2.2 控制器

采用以51单片机为核心的舵机控制器，六个舵机控制器端口对应六个关节处的舵机。通过舵机控制器发送的不同占空比的PWM波以及运用插补算法，可以控制舵机以指定速度转动指定角度。插补算法将在下文详细讨论。

图1 连杆四参数结构示意图

图2 六自由度机械臂……