基于ZYBO的智能机械手臂

2017 DDC中国区选拔赛作品  |  机器人

赵康   项目发起人 06-12
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本系统采用ZYBO软硬件全可编程平台,实现了对6自由度机械臂的运动控制,可以实现机械臂三维运动和执笔书写功能。由于机械臂驱动部分采用FPGA硬件编程设计,通过数据并行化和硬件加速的方法大大提高了机械臂系统的实时性和稳定性,这在工业场合有极高的价值。软件部分基于Linux系统开发,可以十分方便的实现复杂通信协议和进行高层应用的开发,本系统通过TCP/IP协议网络接口将机械臂接入局域网,可以实现远程控制功能。系统同时具备摄像头采集和显示功能,可以显示机械臂当前运行状态。

项目采用平台:

Zybo:Zynq-7000 ARM, FPGA SoC训练板

数量 1

参与者
石庠  参与者

扬州大学 学生

项目详情

项目创意灵感

工业4.0时代,机器人系统将更多的应用于各种工业生产场景。ZYNQ系列的软硬件全可编程平台在简化机器人系统设计,提升系统性能,提高系统稳定性方面具有很大优势。本项目结合ZYBO开发板在6自由度机械臂系统中做了初步尝试,可以满足工业场景的高实时性和高稳定性要求。本项目中机械臂系统完成了书写功能,验证了系统设计的各项关键技术和可行性。

设计特色创新

1.PS和PL端协同设计,提高系统性能;
2.满足工业场合中多电机协同工作、高实时性、高稳定性功能需求;
3.具有图像采集和显示现场监视功能;
4.机械臂书写功能具有一定的趣味性。

系统原理功能

系统组成:
上位机:PC(V-REP)
下位机:ZYBO开发板、OV7670摄像头、6自由度机械手臂(画笔&纸)
工作原理:
上位机完成机械臂运动仿真,并将运动参数通过以太网发送至ZYBO PS端,ZYBO PL端处理运动参数并控制6自由度机械臂运动。ZYBO PL端同时采集OV7670摄像头数据,通过VGA接口输出图像。
功能说明:
1.机械臂远程控制;
2.机械臂固定轨迹运动;
3.机械臂鼠标输入书写功能;
4.图像采集和显示;

完成情况概述

本系统基本实现了预期的所有功能。结合V-REP上位机联调,可以进行机械手臂姿态解算模拟,上位机与下位机之间通过网络端口进行数据传输,在功能上可以实现平面图形的绘制。同时可以通过捕获鼠标位移手动控制机械臂简单的绘图写字。摄像头实现图像采集的功能,用于现场监控。

制作周期分工

制作周期:两个月。
分工:
赵康:机械臂硬件搭建、ZYBO(PS端)嵌入式系统调试、上位机编写和通信测试
石庠:ZYBO(PL端)摄像头图像采集和显示功能设计、XL-320电机驱动设计
合作:功能联调

展望项目未来

1.硬件结构优化,减小机械臂控制误差
2.增加图像处理算法,实现手势识别等功能
3.提高系统稳定性
4.增加深度增强学习算法,让机械臂自主学习

收获感悟分享

通过对ZYNQ系列开发板的学习,感受到了软硬件全可编程平台的优势。通过对机械臂系统的设计开发,对机器人运动控制、FPGA和嵌入式系统开发、图像采集和处理等知识有了更深入的学习。在短短两个月的动手实践中收获颇多,遇到问题时各种苦恼,但在问题解决时又异常兴奋。机器也有生命,只要给它注入灵魂,它就能活起来。


我要评价

  • 图像部分视频正在补录,后面传上来哈

    时间:06-16 0
  • 图像采集和VGA输出的部分有演示视频吗?

    时间:06-13 1