5.4 机械臂控制系统集成

串口指令集设计

机械臂控制器通过串口接收指令，指令格式如下：

指令格式：@[命令][参数1],[参数2],...[参数n]\n

常用指令示例：

动作序列编排

复杂动作通过预定义动作序列实现：

ACTION_SEQUENCES = {
    "PICK_UP": [
        ("move_joints", [0, 45, 90, 0]),
        ("set_gripper", 30),  # 30%开度
        ("move_cartesian", [0.2, 0.0, 0.15, 0, 0, 0]),
        ("close_gripper", 3.5),  # 3.5N抓握力
        ("move_cartesian", [0.2, 0.0, 0.25, 0, 0, 0]),
        ("move_joints", [90, 60, 60, 0]),
        ("open_gripper", 100)
    ]
}

def execute_sequence(sequence_name):
    for action in ACTION_SEQUENCES[sequence_name]:
        cmd, args = action[0], action[1:]
        if cmd == "move_joints":
            move_to_joints(*args)
        elif cmd == "set_gripper":
            set_gripper_percent(*args)
        # ...其他动作处理

视觉引导控制接口

机械臂与视觉系统通过共享内存通信：

# 视觉系统写入网球位置
def update_ball_position(position):
    with shared_memory_lock:
        shared_memory['ball_position'] = position

# 机械臂控制器读取位置
def get_ball_position():
    with shared_memory_lock:
        return shared_memory.get('ball_position', None)

安全保护机制

1. 碰撞检测：电流监测检测异常负载
2. 超限保护：关节角度和速度限制
3. 紧急停止：硬件和软件双重急停
4. 自检程序：启动时自动检测机械状态

小结

机械臂控制系统是网球捡拾小车的核心执行机构。本章详细介绍了机械臂结构设计、抓取机构力学分析、轨迹规划算法以及系统集成方案。通过精确的控制和合理的动作规划，机械臂能够可靠地完成网球抓取任务。

关键技术创新：

1. 自适应抓取机构设计，适应不同网球尺寸
2. 混合轨迹规划策略，兼顾效率和精度
3. 视觉-机械臂协同控制接口
4. 多重安全保护机制确保操作安全