六軸并聯(lián)傾角控制

本文格式為Word版，下載可任意編輯——六軸并聯(lián)傾角控制1機(jī)械工程自動(dòng)實(shí)踐機(jī)械工程自動(dòng)實(shí)踐六軸并聯(lián)傾角操縱六軸并聯(lián)傾角操縱學(xué)生姓名學(xué)生姓名劉曉東劉曉東（（學(xué)號學(xué)號20220801070102022080107010））劉穎添劉穎添（（學(xué)號學(xué)號20220801070212022080107021））張張瑞瑞（（學(xué)號學(xué)號20220801070232022080107023））2022年年10月月17日日2摘摘要要并聯(lián)機(jī)器人無論是從布局上還是功能實(shí)現(xiàn)上都是一種新型機(jī)器人。并聯(lián)機(jī)器人具有精度高、剛度大、慣性小、承載才能高、運(yùn)動(dòng)反解模型簡樸、操作速度高、易于操縱等特點(diǎn)，因此，其應(yīng)用范圍從最初的飛行模擬器到近幾年來的宇宙飛船空間對接器、細(xì)致操作微動(dòng)機(jī)器人以及虛擬軸加工車床等。

本文要設(shè)計(jì)的是基于陀螺儀的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)機(jī)器人的末端傾角的單軸閉環(huán)操縱。編寫上位機(jī)，輸入目標(biāo)角度，由機(jī)器人自動(dòng)調(diào)理并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前角度直至末端傾角達(dá)成目標(biāo)角度。

本設(shè)計(jì)可調(diào)理角度達(dá)40，調(diào)理精度可達(dá)0.001，響應(yīng)時(shí)間為2s。

關(guān)鍵詞并聯(lián)機(jī)器人；

陀螺儀；

傾角操縱3目目錄錄一、系統(tǒng)方案11、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱卡驅(qū)動(dòng)的論證與選擇12、陀螺儀模塊的論證與選擇1二、系統(tǒng)理論分析與計(jì)算11、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱分析12、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱的計(jì)算3三、硬件與程序設(shè)計(jì)51、硬件的設(shè)計(jì)5（1）電路設(shè)計(jì)5（2）機(jī)械設(shè)計(jì)62、程序的設(shè)計(jì)8（1）程序功能描述與設(shè)計(jì)思路8（2）程序流程圖8四、測試方案與測試結(jié)果91、測試方案93、測試結(jié)果及分析9（1）測試結(jié)果數(shù)據(jù)9（2）測試分析與結(jié)論9五、結(jié)論與心得91一、系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱卡驅(qū)動(dòng)，陀螺儀等主要模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。

1、、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱卡驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱卡驅(qū)動(dòng)的論證與選擇的論證與選擇方案一選擇底層驅(qū)動(dòng)，通過直接操縱六個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)。這種操縱方法響應(yīng)快，操縱生動(dòng)，但需要自己編寫操縱算法，實(shí)現(xiàn)難度大。

方案二選擇頂層驅(qū)動(dòng)，通過使用并聯(lián)機(jī)器人配備的操縱卡動(dòng)態(tài)鏈接庫直接操縱機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)。

鮮明，選擇方案二實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。

2、、陀螺儀模塊陀螺儀模塊的論證與選擇的論證與選擇方案一使用MSCCOM控件讀取陀螺儀數(shù)據(jù)，此方案讀取便當(dāng)，速度快，但實(shí)際操作中察覺與并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱沖突，無法正常使用。

方案二使用串口動(dòng)態(tài)鏈接庫讀取陀螺儀數(shù)據(jù)。

鮮明，選擇方案二實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。

二、二、系統(tǒng)理論分析與計(jì)算系統(tǒng)理論分析與計(jì)算（（此片面由此片面由劉穎添劉穎添負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)））1、、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱分析并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱分析首先在機(jī)構(gòu)的上、下平臺上各建立一坐標(biāo)系,如圖4-1所示,動(dòng)坐標(biāo)系P-XˊYˊZˊ建立在上平臺上，坐標(biāo)系O-XYZ固定于下平臺上。在動(dòng)坐標(biāo)系中的任一向量Rˊ可以通過坐標(biāo)變換方法變換到固定坐標(biāo)系中的R。

a）機(jī)構(gòu)簡圖b）坐標(biāo)系示意圖2圖4-16-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)式中的T為上平臺模樣的方向余弦矩陣，其中第1、2、3列分別為動(dòng)坐標(biāo)系的Xˊ、Yˊ和Zˊ在固定坐標(biāo)系中的方向余弦，P為上平臺選定的參考點(diǎn)P，即動(dòng)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的位置矢量。當(dāng)給定機(jī)構(gòu)的各個(gè)布局尺寸后，利用幾何關(guān)系，可以很容易寫出上下平臺各鉸鏈點(diǎn)bi，Bi，i＝1，2，，6在各自坐標(biāo)系個(gè)的坐標(biāo)值，再由式51即可求出上下平臺鉸鏈點(diǎn)在固定坐標(biāo)系OXYZ中的坐標(biāo)值。

這時(shí)6個(gè)驅(qū)動(dòng)器桿長矢量Lii＝1，2，，6可在固定坐標(biāo)系中表示為（式4-2）或從而得到機(jī)構(gòu)的位置反解計(jì)算方程上式是6個(gè)獨(dú)立的顯式方程，當(dāng)已知機(jī)構(gòu)的根本尺寸和上平臺的位置和模樣后，就可以利用上式求出6個(gè)驅(qū)動(dòng)器的位移。這里議論的方法不但適用于6-SPS機(jī)構(gòu)，而且普遍適用于從6-SPS機(jī)構(gòu)演化出來的大量其它平臺機(jī)構(gòu)，從上面的議論可以看出，6-SPS類型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置反解是特別簡樸的，這正是這類機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)之一。

2、、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)操縱的計(jì)算的計(jì)算該機(jī)器人布局尺寸參數(shù)如下自由度6桿長l223mm上平臺外接圓直徑R129.74mm下平臺外接圓直徑r65.5mm（式4-1）（式4-3）（式4-4）3各桿行程100mm驅(qū)動(dòng)元件方向Z向驅(qū)動(dòng)元件最小伸長量158.8966mm驅(qū)動(dòng)元件最大伸長量258.8966mm為求解6自由度平臺的空間位置關(guān)系，首先建立動(dòng)、靜兩坐標(biāo)系，靜坐標(biāo)系原點(diǎn)O’位于上平臺中心，動(dòng)坐標(biāo)系原點(diǎn)O位于下平臺中心，各軸指向如下圖，動(dòng)靜平臺坐標(biāo)系方向保持一致坐標(biāo)系如圖4-2。

圖4-2并聯(lián)機(jī)器人反解坐標(biāo)系在此坐標(biāo)系下，上平臺各個(gè)鉸點(diǎn)坐標(biāo)為B1Rcos77.92,Rsin77.92,208.897B2Rcos102.08,Rsin102.08,208.897B3Rcos-162.08,Rsin-162.08,208.897B4Rcos-137.92,Rsin-137.92,208.897B5Rcos-42.08,Rsin-42.08,208.897B6Rcos-17.92,Rsin-17.92,208.897下平臺各個(gè)鉸點(diǎn)坐標(biāo)為P1rcos50.1,rsin50.1,0P2rcos129.9,rsin129.9,0P3rcos170.1,rsin170.1,0P4rcos-110.1,rsin-110.1,0P5rcos-69.9,rsin-69.9,0P6rcos9.9,rsin9.9,0為了更好地表示空間某點(diǎn)所作的平移變換和旋轉(zhuǎn)變換，利用齊次坐標(biāo)來表示點(diǎn)的空間位置，引入齊次變換矩陣來表示點(diǎn)在空間的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)。

假定空間某點(diǎn)p的笛卡爾坐標(biāo)為x、y、z，可以用一個(gè)四維列向量T[xyz1]4表示p點(diǎn)的齊次坐標(biāo)。

這種表示方法不僅可以規(guī)定點(diǎn)的位置，還可用來規(guī)定矢量的方向，即當(dāng)?shù)谒膫€(gè)元素非0時(shí)，代表點(diǎn)的位置；

第四個(gè)元素為0時(shí)，代表方向。

設(shè)空間中有一個(gè)定坐標(biāo)系和一個(gè)動(dòng)坐標(biāo)系，當(dāng)動(dòng)坐標(biāo)系沿定坐標(biāo)系X、Y、Z分別平移XP、YP、ZP，再在新的坐標(biāo)系下繞x軸旋轉(zhuǎn)，繞y軸旋轉(zhuǎn)，繞z軸旋轉(zhuǎn)y之后，那么坐標(biāo)矩陣為（式4-5）其中coscsins亦即動(dòng)坐標(biāo)中某點(diǎn)Pˊ經(jīng)過上述平移和轉(zhuǎn)動(dòng)之后在定坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)P為TPP，這樣就可以用一個(gè)矩陣即表示旋轉(zhuǎn)，又表示平移，其結(jié)果與式4-1一致。

根據(jù)并聯(lián)機(jī)器人初始狀態(tài)坐標(biāo)可以求得驅(qū)動(dòng)桿的原長iiiPBl由公式TPP可以得到Pˊ的各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后可以計(jì)算驅(qū)動(dòng)桿的長度iiiPBl由于機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)方式相