三角機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真

三角機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真摘要三角機(jī)器人是在許多行業(yè)中扮演著十分重要的角色。通常，三角機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)為機(jī)構(gòu)本體和控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)主要由主控制部分、運(yùn)動(dòng)控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、通信部分、電源部分以及輔助單元組成。本文將介紹三角機(jī)器人不同的控制方法以及三角機(jī)器人如何在單片機(jī)的控制下，通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制三角機(jī)器人進(jìn)行送料、貼標(biāo)等類(lèi)似的工作。本文設(shè)計(jì)的三角機(jī)器人的控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，成本低，且可以根據(jù)實(shí)際需求修改程序從而適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求。關(guān)鍵詞：三角機(jī)器人；控制系統(tǒng)；電路圖；仿真fcommunicationmodule,thepowermoduleandtheasuchaspay-offandmarkingarecompletetrianglerobotdesignedinthispaperissimpletooperate,budget,andcanbemodifiedaccordingtotheactualneedstoadaprequirements.目錄1、三角機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 11.1、三角機(jī)器人發(fā)展與現(xiàn)狀 11.2、本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目的、意義及技術(shù)要求 31.3、本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問(wèn)題 2、三角機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1、三角機(jī)器人控制系統(tǒng)方案的確定 42.2、本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的控制原理 2.3、三角機(jī)器人控制系統(tǒng)主要元件的選擇 62.3.1、主控制芯片的選擇 62.3.2、電源芯片的選擇 62.3.3、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 72.4、三角機(jī)器人主控電路板設(shè)計(jì) 82.5、三角機(jī)器人電源管理系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 2.6、三角機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.7、電路圖編譯測(cè)試 3、電機(jī)與電路板安裝 3.1、三角機(jī)器人結(jié)構(gòu)尺寸 4、三角機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 4.1、三角機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)描述 4.2、空間位置描述 4.3、姿態(tài)描述 4.4、位姿描述 4.5、坐標(biāo)系變換 4.6、三角機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析 4.7、位置求解 4.7.1、建立坐標(biāo)系 4.7.2、位置逆解與位置正解 5、控制程序的編寫(xiě)與仿真結(jié)果 5.2、控制程序 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 程序仿真視頻附件二 1的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。因?yàn)樗纳舷聝蓚€(gè)平臺(tái)都是等邊三角形，所以它被稱(chēng)為Delta機(jī)械手(圖1-1)。從20世紀(jì)末開(kāi)始，很多人對(duì)這種并聯(lián)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造升級(jí)。Clavel博士對(duì)運(yùn)士發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)改良為6個(gè)支鏈的機(jī)械手，這種機(jī)械手可以高速運(yùn)動(dòng)。這一類(lèi)由三角機(jī)構(gòu)改進(jìn)、根據(jù)三角機(jī)構(gòu)研發(fā)出來(lái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)且具有器人稱(chēng)為Delta機(jī)器人(Delta-likemanipulator,DLM),也就是三角機(jī)器人。圖1-1Clavel博士發(fā)明的Delta機(jī)械手現(xiàn)在，Delta并聯(lián)機(jī)器人主要應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)中的結(jié)構(gòu)有三種：二自Delta并聯(lián)機(jī)器人又分為三軸驅(qū)動(dòng)形式與四軸驅(qū)動(dòng)形式。本次設(shè)計(jì)的三角機(jī)器人就是屬于三自由度Delta并聯(lián)機(jī)器人(圖1-2)。三角機(jī)器人是一種高速輕載的并聯(lián)機(jī)器人，體的空間位置，然后完成它所需要完成的工作。三角機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：1、運(yùn)動(dòng)速結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；運(yùn)動(dòng)速度與響應(yīng)速度快，動(dòng)力性能好；4、運(yùn)動(dòng)耦合弱，力的控制容易以及實(shí)時(shí)控制性能好；5、定位精確，反復(fù)定位精度高。21世紀(jì)以來(lái)，全世界許多行業(yè)都對(duì)三角機(jī)器人十分重視而且三角機(jī)器人向著高速、高精度、靈活性等方向發(fā)展。2圖1-2三角機(jī)器人早期的機(jī)器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，操作復(fù)雜且定位精度以及速度比較差，可靠性低，只能根據(jù)控制指令執(zhí)行簡(jiǎn)單的動(dòng)作。隨著時(shí)代的變遷與科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、伺服系統(tǒng)技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)也發(fā)展的十分迅速，機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能也跟著這些技術(shù)的發(fā)展逐漸變得完善。目前，三角機(jī)器人的控制系統(tǒng)發(fā)展的比較完善?？刂葡到y(tǒng)已經(jīng)集成為一個(gè)高性能的控制器，有著獨(dú)立計(jì)算與儲(chǔ)存的能力，還有其他許多新的功能如示教等，提高了機(jī)器人的可操作性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在國(guó)外，由于研究開(kāi)發(fā)的時(shí)間早，機(jī)器人的控制系統(tǒng)的研究比國(guó)內(nèi)的先進(jìn)許多。很多老牌機(jī)器人公司都有屬于自己公司本身的專(zhuān)用控制器。瑞士ABB機(jī)器人公司的IRC5CMate標(biāo)準(zhǔn)型控制器與日本力也非常強(qiáng)。如美國(guó)的DELTATauDataSystem公司研發(fā)的PMAC運(yùn)動(dòng)控制器(圖1-3)是當(dāng)今世界上功能性最強(qiáng)、靈活性最大的運(yùn)動(dòng)控制器，在很多場(chǎng)合都有應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)有了比較快的發(fā)展，一些公司也研發(fā)出新型的運(yùn)3發(fā)展與不斷的創(chuàng)新，國(guó)內(nèi)與國(guó)外關(guān)于三角機(jī)器人的控制器在硬件方面的差距已經(jīng)大幅度在三角機(jī)器人的模型結(jié)構(gòu)日漸成熟的條件下，我國(guó)的研究重心逐漸放在的控制系統(tǒng)的軟三角機(jī)器人控制系統(tǒng)的技術(shù)要求是在系統(tǒng)穩(wěn)本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的功能是能使機(jī)械結(jié)構(gòu)根據(jù)燒錄進(jìn)芯片的程序運(yùn)行，進(jìn)行物體(1)三角機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的擬定。預(yù)先擬定設(shè)計(jì)方案，根據(jù)方案的可行性(2)三角機(jī)器人控制系統(tǒng)材料以及元件的選擇，根據(jù)穩(wěn)定、功能以及性?xún)r(jià)比選擇出合(3)完成芯片以及元件的選擇，使用AltiumDesigner19來(lái)畫(huà)電路圖，然后編譯測(cè)試(4)電路板與電機(jī)的安裝。(5)進(jìn)行三角機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。(6)使用KeilC4進(jìn)行程序的編寫(xiě)以及將圖復(fù)制到proteus上并仿真測(cè)試程序的可行2、三角機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4爭(zhēng)通害事的事川2.1、三角機(jī)器人控制系統(tǒng)方案的確定爭(zhēng)通害事的事川目前，市場(chǎng)上所使用的一般分為以下四種：(1)控制方式選擇PLC控制(圖2-1)PLC控制是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上加上許多新的技術(shù)組成的控制裝置。目的是用來(lái)代替繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建設(shè)柔性的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。相對(duì)來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)比較困難且成本大。酬上種玉清機(jī)A網(wǎng)(2)控制方式選擇單片機(jī)控制(圖2-2)單片機(jī)控制是基于單片機(jī)的芯片，再加上一些外部電路和其他電子元件最后集成PCB板組合在一起的控制器。一般在簡(jiǎn)單的工業(yè)控制中應(yīng)用，編程用的是C語(yǔ)言，跟其他控制方式來(lái)比比較簡(jiǎn)單與實(shí)惠。電源模塊立L圖2-2單片機(jī)控制結(jié)構(gòu)(3)控制方式選擇運(yùn)動(dòng)控制器控制(圖2-3)運(yùn)動(dòng)控制器是基于PC總線(xiàn)，與PC主機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)控制器一般有自5己的軟件開(kāi)發(fā)編程工具包，自帶系統(tǒng)平臺(tái)與編程工具，雖然可靠性高但編程難度大。呼部圖2-3運(yùn)動(dòng)控制器控制結(jié)構(gòu)(4)控制方式選擇運(yùn)動(dòng)控制卡控制(圖2-4):運(yùn)動(dòng)控制卡是基于PC總線(xiàn)，利用高性能微處理器和大規(guī)?？删幊唐骷?shí)現(xiàn)多個(gè)伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制。運(yùn)動(dòng)控制卡包含許多功能。運(yùn)動(dòng)控制卡有電機(jī)控制所需的各種速度、位置控制功能。而且運(yùn)動(dòng)控制卡讓使用者按照自己本身的軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)編程。圖2-4運(yùn)動(dòng)控制卡控制結(jié)構(gòu)考慮到難度以及個(gè)人能力的限制，PLC控制與運(yùn)動(dòng)控制器控制的難度較大，編程較難，且費(fèi)用較高以及后期研發(fā)不方便；運(yùn)動(dòng)控制卡控制雖然比較簡(jiǎn)單，但對(duì)比單片機(jī)控制來(lái)說(shuō)還是較為復(fù)雜。單片機(jī)的價(jià)格經(jīng)濟(jì)且集成度高，控制性能好低功耗且便于生產(chǎn)。綜合所有因素，單片機(jī)控制更加符合我目前的能力，所以最終選定為單片機(jī)控制。控制結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。2.2、本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的控制原理三角機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要為自動(dòng)控制，開(kāi)啟電源后，經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間的延遲，三角機(jī)器人會(huì)根據(jù)提前燒錄好的程序，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而使三角機(jī)器人開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行送料或貼標(biāo)等工作。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)工作的流程圖如圖2-5所示。6延時(shí)序運(yùn)動(dòng)圖2-5流程圖2.3、三角機(jī)器人控制系統(tǒng)主要元件的選擇(1)主控制芯片(2)電源芯片(3)驅(qū)動(dòng)電制系統(tǒng)的主控制芯片選用的是STC89C51單片機(jī)。這款單片機(jī)是一款基于8位單片機(jī)處理芯片，采用8051核。這款單片機(jī)是新一代單片機(jī)，也是一款常用的51單片機(jī)。三角機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的主控制板電源模塊的電源芯片選用的是美國(guó)MPS公司7的一款單片同步降壓穩(wěn)壓器MP2307芯片(圖2-7)。它的電流模式控制可以提供快速瞬態(tài)響應(yīng)和逐周期電流限制。芯片輸出電流大，且性?xún)r(jià)比高，后期PCB板的焊接也十分方該芯片各個(gè)引腳功能如表2-1所示。Z圖2-7MP2307芯片引腳圖1高邊柵驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器輸出。為高邊N通道MOSFET提供驅(qū)2電源輸入。為集成電路提供電源以及提供一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換34567啟用輸入。EN是一個(gè)數(shù)字輸入而且它可以控制調(diào)節(jié)器8軟啟用控制輸入。SS控制軟啟用控制周期。若禁用此功能則SS不連接。表2-12.3.3、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇常用的三角機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有許多，如液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。由于本設(shè)計(jì)的三角機(jī)器人平臺(tái)尺寸較小，工作載荷較低，所以本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。由于步進(jìn)電機(jī)控制方便，可靠性高，精度也較高，適合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際使用情況。所以本次設(shè)計(jì)選用的電機(jī)為57系列兩相步進(jìn)電機(jī)(圖2-8),型號(hào)為2HB57-76,該電機(jī)規(guī)格如表2-2所示。同時(shí)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選擇為ULN2803,該驅(qū)動(dòng)器為達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)器，且性?xún)r(jià)比高，能滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)的需求。8圖2-857系列兩相步進(jìn)電機(jī)型號(hào)步距角電機(jī)長(zhǎng)度保持轉(zhuǎn)矩額定電流相電阻相電感轉(zhuǎn)子慣量電機(jī)重量表2-22.4、三角機(jī)器人主控電路板設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要是以STC89C51單片機(jī)芯片為主控制芯片，其主要功能是將燒錄的程序進(jìn)行處理，從而控制三個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制機(jī)械臂的工作。三角機(jī)器人的控制系統(tǒng)的最小系統(tǒng)原理圖如圖2-9所示。 P0.3P0:5P0.6P0.7 P4.1ALE3C草圖2-9最小系統(tǒng)原理圖時(shí)鐘電路(圖2-10),目的是保證單片機(jī)同步工作的實(shí)現(xiàn)，作用是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。51單片機(jī)晶振選的是12MHz。9圖2-10時(shí)鐘電路復(fù)位電路(圖2-11),復(fù)位電路有兩種，在這次設(shè)計(jì)中，用的是按鍵復(fù)位。按鍵復(fù)位不僅有上電復(fù)位的功能，還可以用按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位電路的作用是使CPU和系統(tǒng)中其他功能都回復(fù)到一個(gè)給定的初始狀態(tài)，然后再?gòu)倪@個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)復(fù)位條件：必須使NRST加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。圖2-11按鍵復(fù)位電路如圖2-12所示，該電路有兩個(gè)濾波電容，由于電路工作的波動(dòng)可能有點(diǎn)大，所以設(shè)計(jì)這個(gè)電路，直接接電源，目的是穩(wěn)定電源。圖2-12UART串口(圖2-13),用于打印數(shù)據(jù)到電腦上。2.5、三角機(jī)器人電源管理系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主控制板電源模塊的電路的原理圖如圖2-14所示。圖2-14電源模塊的電路圖并穩(wěn)壓在5V,輸出5V供給單片機(jī)系統(tǒng)及其單片機(jī)周邊。由2.3.3可知，本次設(shè)計(jì)使用的是57系列兩相步進(jìn)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路圖如圖2-15所示。345893546 A1235圖2-15驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖一開(kāi)始，本設(shè)計(jì)是使用3個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)3個(gè)電機(jī)，使其轉(zhuǎn)動(dòng)到不同的角度。但經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，使三個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不同角度會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)的誤差，所以本次設(shè)計(jì)將使用1個(gè)ULN2803驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)三個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到同樣的角度。H1、H2、H3為三個(gè)步進(jìn)電機(jī)。如圖2-16所示，這是一個(gè)上拉電阻，目的是提高輸出，增強(qiáng)I/0口的驅(qū)動(dòng)能力。圖2-16上拉電阻2.7、電路圖編譯測(cè)試畫(huà)完電路圖后，進(jìn)行電路圖的編譯測(cè)試電路的可行性。如圖2-17所示，電路圖編譯成功，編譯無(wú)發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題與錯(cuò)誤。圖2-17電路圖編譯結(jié)果3.1、三角機(jī)器人結(jié)構(gòu)尺寸由于要安裝電路板與電機(jī)，必須清楚明白三角機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)尺寸的數(shù)據(jù)。三角機(jī)器人具有以下幾個(gè)主要的部分：主動(dòng)臂、從動(dòng)臂、動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)。三角機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。三角機(jī)器人總體參數(shù)如表3-1所示。圖3-1三角機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)參數(shù)靜平臺(tái)有效半徑R動(dòng)平臺(tái)有效半徑r主動(dòng)臂長(zhǎng)度L,從動(dòng)臂長(zhǎng)度L長(zhǎng)度表3-1本次電路板預(yù)計(jì)大小為60mm×60mm。安裝在三角機(jī)器人靜平臺(tái)內(nèi)部，四個(gè)孔直徑為2.5mm,孔位置在以靜平臺(tái)中心為中心，邊長(zhǎng)為57mm的正方形的四個(gè)角，使用螺絲釘為由2.3.3可知，電機(jī)選用為57系列兩相步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)為2HB57-76,該電機(jī)安裝尺寸如圖3-2所示。圖3-2電機(jī)安裝尺寸圖由圖以及電機(jī)的參數(shù)可知，該電機(jī)寬和高皆為為56.4mm,誤差為±1mm,長(zhǎng)度76mm。由于使用方式以及主動(dòng)臂安裝的需求，電機(jī)橫向安裝在靜平臺(tái)內(nèi)部，三個(gè)電機(jī)安裝位置在一個(gè)邊長(zhǎng)為100mm等邊三角形的三個(gè)角上。電機(jī)靠一個(gè)電機(jī)支架來(lái)固定在靜平臺(tái)上。電機(jī)支架三維模型圖如圖3-3所示，電機(jī)支架圖紙如圖3-4所示。圖3-3電機(jī)支架三位模型圖圖3-4電機(jī)支架圖紙完全貫穿的沉頭孔，用于與靜平臺(tái)連接。上面的板為一個(gè)長(zhǎng)和寬均60mm、厚度為5mm與主動(dòng)臂連接。在四個(gè)角有四個(gè)完全貫穿的孔，用于固定電機(jī)。各個(gè)電機(jī)安裝圖如圖3-5所示。圖3-5電機(jī)的安裝圖4、三角機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析4.1、三角機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)描述三角機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)指的是正向運(yùn)動(dòng)學(xué)(FK-forwardkinematics)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)研究；逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)則是已知機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)的各個(gè)動(dòng)角度。建立逆解的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)于研究三解，得到關(guān)節(jié)位置、速度、加速度等的變化規(guī)律，再將這個(gè)規(guī)律輸入到驅(qū)動(dòng)為一個(gè)給定信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊將這個(gè)給定信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)按照一定在直角坐標(biāo)系{A}中(如圖4-1),能用3*1的列矢量^p來(lái)表達(dá)空間任意一點(diǎn)p的除了研究空間某個(gè)點(diǎn)的位置，在探究機(jī)器人的操作和運(yùn)動(dòng)中，還需要表明物體的姿態(tài)。物體的姿態(tài)是用物體所在的坐標(biāo)系來(lái)描述，需要設(shè)立一個(gè)空間直角坐標(biāo)系{B}。原(接近)(圖4-2)。坐標(biāo)系圖4-2參考坐標(biāo)系原點(diǎn)中坐標(biāo)系的表示4.4、位姿描述坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)于與參考坐標(biāo)系的位置。坐標(biāo)系{B}的位姿由3個(gè)方向單位向量與1式2.3中，前三列表示的是坐標(biāo)系{B}的3個(gè)單位向量的方向，第四列表示坐標(biāo)系中平移坐標(biāo)系的平移變換矩陣：d?、d?、d,是平移向量d相對(duì)與參考坐標(biāo)系的3個(gè)分量。平移后的坐標(biāo)系{B'}位置表示：旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系{B}的X軸、Y軸、Z軸旋轉(zhuǎn)θ角度的坐標(biāo)系{B'}位置分表表示為：F1=Rot(x,O)×F;F'=Rot(y,θ)×F;F'=R4.6、三角機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析三角機(jī)器人有兩個(gè)平臺(tái)，三條運(yùn)動(dòng)臂。其中每條臂由一個(gè)主動(dòng)臂和從動(dòng)臂組成，從動(dòng)臂呈平行四邊形狀，由球關(guān)節(jié)與桿件連接組成。自由度計(jì)算采用經(jīng)典的Kutzbachg--機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副的總數(shù)n--機(jī)構(gòu)的構(gòu)件總數(shù)i=1--所有運(yùn)動(dòng)副的自由度之和在分析三角機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖(圖4-3)之后可知，本次設(shè)計(jì)的三角機(jī)器人的構(gòu)件的總數(shù)有11個(gè)，總運(yùn)動(dòng)副數(shù)為15,其中有12個(gè)球面副，每個(gè)有3個(gè)自由度；有3個(gè)移動(dòng)副，每個(gè)有1個(gè)自由度；由于連桿可繞自身的軸旋轉(zhuǎn)，所以存在6個(gè)冗余自由度。由式4-7可得：F=6×(11-15-1)+3×12+3×1-6=3。由此何止三角機(jī)器人是一個(gè)3自由度的機(jī)器人，工作空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)沿X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向。圖4-3三角機(jī)器人的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖為方便求解空間的位置關(guān)系，將每組平行四邊形閉環(huán)上下兩邊取中點(diǎn)，連成一條虛擬的連桿。簡(jiǎn)化后再研究機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖(圖4-4)。圖4-4簡(jiǎn)化后的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖B?B?B?為靜平臺(tái)，RB?R為動(dòng)平臺(tái)，建立靜坐標(biāo)系O-XYZ在靜平臺(tái)上，原點(diǎn)0為靜平臺(tái)的幾何中心；建立動(dòng)坐標(biāo)系O'-XYZ'在動(dòng)平臺(tái)上，原點(diǎn)O'為動(dòng)平臺(tái)的幾何中心。Z軸與Z'軸垂直于各自的平臺(tái)，OX軸與O'X'軸分別垂直與B?B?和PP。由3.1可知該機(jī)4.7.2、位置逆解與位置正解在本次設(shè)計(jì)中，將通過(guò)位置逆解，得出關(guān)節(jié)變量。本次設(shè)計(jì)中，由3.1可得知：R=100mm,r=45mm,L?=350mm,L,=100mm。在接下來(lái)的計(jì)算中，已知量將會(huì)帶入具體的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。圖4-5靜平臺(tái)坐標(biāo)系同理，動(dòng)平臺(tái)的坐標(biāo)系中，P;在坐標(biāo)系O'-X由式4-8式和4-9可得點(diǎn)E,在靜坐標(biāo)系中O-XYZ的位置矢量為：設(shè)00'是坐標(biāo)系O'-XYZ'的原點(diǎn)O'相對(duì)坐標(biāo)系O-XYZ的位置矢量，且坐標(biāo)系O-XYZ中的位置矢量為：又因?yàn)橛捎贙,、U,、V,為已知量，所以式4-15可解得：所以式4-16變?yōu)椋汉罄m(xù)將程序所需要的坐標(biāo)(x,y,z)帶入其中，所得出的θ為電機(jī)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。運(yùn)動(dòng)學(xué)正解也同理?；谏鲜?-14可得：根據(jù)式4-29可得：B??=B?+B?B??=B?+B?由式4-20、式4-21可得：將式4-22、式4-23代入式4-19的第三條等式中可得：由于a、b、c為已知量，所以式4-23可解得：由于動(dòng)平臺(tái)在靜平臺(tái)下方，所以式4-25變?yōu)椋?、控制程序的編寫(xiě)與仿真結(jié)果本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)一個(gè)送料或貼標(biāo)的三角機(jī)器人的控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的控制程序內(nèi)容是當(dāng)通電后，經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間的延時(shí)，主芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在兩點(diǎn)之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該程序主要流程如圖5-1所示。圖5-1流程圖#include<reg52.h>//52單片機(jī)頭文件#include<stdio.h>//標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出頭文件#defineucharunsignedchar//無(wú)符號(hào)字符型變量宏定義#defineuintunsignedint//無(wú)符號(hào)整形變量宏定義ucharucharDelay_ms(uintx)//延時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)相序步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)相序voidmain()//主函數(shù){uinti=0,j=0,a=0,b=0,c=0;//先轉(zhuǎn)到157度的點(diǎn)1{{{}}{//轉(zhuǎn)到113度的點(diǎn)2{{}}Delay_ms(500);//延時(shí)//回到157度的點(diǎn)1{Delay_ms(500);//延時(shí)}大致的仿真結(jié)果如下面三張圖所示，具體仿真過(guò)程請(qǐng)看附錄一。圖5-2先運(yùn)行到點(diǎn)1圖5-3再運(yùn)行到點(diǎn)2圖5-4再運(yùn)行回點(diǎn)1總結(jié)本文通過(guò)對(duì)三角機(jī)器人國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以人的控制系統(tǒng)的研究，最后選擇了單片機(jī)控制。后續(xù)跟著對(duì)三角機(jī)器人的結(jié)構(gòu)選擇對(duì)應(yīng)人運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，得出合適的坐標(biāo)以及電機(jī)運(yùn)動(dòng)的角度，再根據(jù)數(shù)據(jù)編寫(xiě)程序，進(jìn)行仿真調(diào)試，最終得出符合設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果。本設(shè)計(jì)的三角機(jī)器人的控制系統(tǒng)能滿(mǎn)足設(shè)在本次設(shè)計(jì)中，遇到的最大的困難就是對(duì)機(jī)械計(jì)時(shí)，對(duì)于三角機(jī)器人的控制方式進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)擇了個(gè)人認(rèn)為比較簡(jiǎn)單而且是唯一一個(gè)本人學(xué)習(xí)過(guò)一點(diǎn)基礎(chǔ)的控制方式，單片機(jī)控制。件如AltiumDesigner等。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的翻閱文獻(xiàn)以及跟著課本學(xué)習(xí)，最終攻克了這32位芯片仿真有BUG,軟件無(wú)法控制硬件。通過(guò)與老師的溝通以及根據(jù)老師的意見(jiàn)，立刻將芯片改為51系列的芯片。還好芯片改變，原理圖并不需要太大的改變，只需要將通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白我平時(shí)上課然十分艱辛，但結(jié)果是令人愉快的。這次畢[1]王洪偉.Delta并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析及其控制研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2015.[3]張明穩(wěn)，于振中.工業(yè)機(jī)器人原理及應(yīng)用(DELTA并聯(lián)機(jī)器人).哈爾濱工程大[6]殷盛江，于復(fù)生，時(shí)維康，孫中國(guó).Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)[9]侯雨辰.Delta并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)控制技術(shù)的研究[D].東北大[12]康曉娟.Delta并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展及其在食品工業(yè)上的應(yīng)用[J].食品與機(jī)[13]王娜.三自由度Delta并聯(lián)機(jī)器人軌跡規(guī)劃及控制[D].青島大學(xué)，2019.[14]李楠徐凱單暉紀(jì)小剛崔愛(ài)強(qiáng)朱生茂田少杰劉智慧李.一種多姿態(tài)爬桿機(jī)器人無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造工程，2012(10):34-38.謝辭幫助。首先，我要特別感謝我的導(dǎo)師李兵老師，他不僅僅是我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的導(dǎo)師，也是錯(cuò)誤。其次，我還要感謝我身邊的同學(xué)們以及其捷鍵與一些電腦小技巧這是高手最常用的第一快捷組合鍵。這個(gè)快捷鍵組合可以將桌面上的所有窗口瞬間最小化，無(wú)論是聊天的窗口還是游戲的窗口……只要再次按下這個(gè)組合鍵，剛才的所有窗口都回來(lái)了，而且激活的也正是你最小化之前在使用的窗口!不用再去移動(dòng)鼠標(biāo)點(diǎn)“開(kāi)始→搜索→文件和文件夾”了，在任何狀態(tài)下，只要一按winkey+f就會(huì)彈出搜索有一個(gè)更簡(jiǎn)單的辦法，就是按winkey+r!如果打開(kāi)的窗口太多，這個(gè)組合鍵就非常有用了，它可以在一個(gè)窗口中顯示當(dāng)前打開(kāi)的所有窗口的名稱(chēng)和圖標(biāo)●,選中自己希望要打開(kāi)的窗口，松開(kāi)這個(gè)組合鍵就可以了。而alt+tab+shift鍵則可以反向顯示當(dāng)前打開(kāi)的窗口。當(dāng)你需要打開(kāi)資源管理器找文件的時(shí)候，這個(gè)快捷鍵會(huì)讓你感覺(jué)非?！八?再也不用騰出一只手去摸鼠標(biāo)了!win95鍵盤(pán)，這種鍵盤(pán)在原來(lái)101鍵盤(pán)的左右兩邊、ctrl和alt鍵之間增加了兩個(gè)windwos鍵和一個(gè)屬性關(guān)聯(lián)鍵。107鍵盤(pán)又稱(chēng)為win98鍵盤(pán)，比104鍵多了睡眠、喚醒、開(kāi)機(jī)等電源管理鍵，這3個(gè)鍵大部分位于鍵F10或ALT激活當(dāng)前程序的菜單欄放入回收站在win9x中打開(kāi)關(guān)閉程序?qū)υ?huà)框刪除被選擇的選擇項(xiàng)目，如果是文件，將被放入回收站刪除被選擇的選擇項(xiàng)目，如果是文件，將被直接刪除而不是保存當(dāng)前操作的文件剪切被選擇的項(xiàng)目到剪貼板ALT+BACKSPACE或CTRL+Z撤銷(xiāo)上一步的操作ALT+SHIFT+BACKSPACE重做上一步被撤銷(xiāo)的操作Windows鍵+D:最小化或恢復(fù)windows窗口Windows鍵+U:打開(kāi)“輔助工具管理器”Windows鍵+CTRL+MWindows鍵+EWindows鍵+FWindows鍵+RWindows鍵+BREAK重新將恢復(fù)上一項(xiàng)操作前窗口的大小和位置打開(kāi)資源管理器打開(kāi)當(dāng)前活動(dòng)項(xiàng)目的快捷菜單在放入CD的時(shí)候按下不放，可以跳過(guò)自動(dòng)播放CD。在打開(kāi)word的時(shí)候按下不放，可以跳過(guò)自啟動(dòng)的宏一個(gè)窗口)在IE中：ALT+LEFTARROW關(guān)閉當(dāng)前應(yīng)用程序打開(kāi)程序最左上角的菜單切換當(dāng)前程序切換當(dāng)前程序?qū)indows下運(yùn)行的MSDOS窗口在窗口和全屏幕狀態(tài)間切換將當(dāng)前屏幕以圖象方式拷貝到剪貼板將當(dāng)前活動(dòng)程序窗口以圖象方式拷貝到剪貼板關(guān)閉當(dāng)前應(yīng)用程序中的當(dāng)前文本(如word中)切換到當(dāng)前應(yīng)用程序中的下一個(gè)文本(加shift可以跳到前顯示前一頁(yè)(前進(jìn)鍵)顯示后一頁(yè)(后退鍵)在頁(yè)面上的各框架中切換(加shift反向)刷新強(qiáng)行刷新2.刪除以下文件夾中的內(nèi)容：x:\DocumentsandSettings\用廣名\Cookics\下的所有文件(保留index文件)x:\DocumentsandSettings\用戶(hù)名\LocalSettings\Temp\下的所有文件(用戶(hù)臨時(shí)文件)x:\DocumentsandSettings\用戶(hù)名\LocalSettingsTemporaryInternetFiles\下的所有文件(頁(yè)而文件)x:\DocumentsandSettings\用戶(hù)名\LocalSettings\History\下的所有文件(歷史紀(jì)錄)x:\DocumentsandSettings\用廣\Recent\下的所有文件(最近瀏覽文件的快捷方x:\WINDOWS\Temp\下的所有文件(臨時(shí)文件)x:WINDOWS\ServicePackFiles(升級(jí)spl或sp2后的備份文件)x:WINDOWS\DriverCache\i386下的壓縮文件(驅(qū)動(dòng)程序的備份文件)x:WINDOWSSoftwareDistribution\download下的所有文件3.如果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)windoesupdade升級(jí)，則刪除以下文件：x:windows{下以Su…開(kāi)頭的隱藏文件4.然后對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行碎片整理，整理過(guò)程中請(qǐng)退出一切正在運(yùn)行的程序原點(diǎn)”(最好以當(dāng)時(shí)的日期作為還原點(diǎn)的名字)7、在各種軟硬件安裝妥當(dāng)之后，其實(shí)XP需要更新文件的時(shí)候就很少了。刪除系統(tǒng)備份文件吧：開(kāi)始→運(yùn)行→sfc.exe/purgecache近3xxM。(該命令的作用是立即清除"Windows文件保護(hù)"文件高速緩存，釋放出其所占據(jù)的空間)8、刪掉\windows\system32\dllcache下dl1檔，只要你已拷貝了安裝文件，完全可以這樣做。9、XP會(huì)自動(dòng)備份硬件的驅(qū)動(dòng)程序，但在硬件的驅(qū)動(dòng)安裝正確后，般變動(dòng)硬件的目錄下，名稱(chēng)為driver.cab,你直接將它刪除就可以了，通常這個(gè)文件是74M。不全部都合適自己的使用，比如IMJP8_1山文輸入法、IMKR6_1韓文輸入法這些輸入法，如果用不著，我們可以將其刪除。輸入法位丁windowsime\文件夾中，全部占用了88M的空間。掉吧，1x-3xM都干掉!13、關(guān)閉系統(tǒng)還原：系統(tǒng)還原功能使用的時(shí)間一長(zhǎng)，就會(huì)占用大量的硬盤(pán)空間。因此有必要對(duì)其進(jìn)行手工設(shè)置，以減少硬盤(pán)占用量。打開(kāi)"系統(tǒng)屬性"對(duì)話(huà)框，選擇"系統(tǒng)還原"選項(xiàng)，選擇"在所有驅(qū)動(dòng)器上關(guān)閉系統(tǒng)還原"復(fù)選框以關(guān)閉系統(tǒng)還原。也可僅對(duì)系統(tǒng)所在的磁盤(pán)或分區(qū)設(shè)置還原。先選擇系統(tǒng)所在的分區(qū)，單擊"配置"按鈕，在彈出的對(duì)話(huà)框中取消"關(guān)閉這個(gè)驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)還原"選項(xiàng)，并可設(shè)置用于系統(tǒng)還原14、休眠功能會(huì)占用不少的硬盤(pán)空間，如果使用得少不妨將共關(guān)閉，關(guān)閉的方法是的：打開(kāi)"控制而板",雙擊"電源選項(xiàng)",在彈出的"電源選項(xiàng)屬性"對(duì)話(huà)框中選擇但其中有一些組件XP默認(rèn)是隱藏的，在"添加/刪除Windows組件"中找不到它們，把文件中的"hidc"字符全部替換為空。這樣，就把所有組件的隱藏屬性都去掉了，存盤(pán)退出后再運(yùn)行"添加-刪除程序",就會(huì)看見(jiàn)多出不少你原來(lái)看不見(jiàn)的選項(xiàng)，把其中那些你用不到的組件刪掉(記住存盤(pán)的時(shí)候要保存為sysoc.inf,而不是默認(rèn)的sysoc.txt),如Internat信使服務(wù)、傳真服務(wù)、Windowsmessenger,碼表等，大約可Settings\Temp文件夾(Y:是系統(tǒng)所在的分區(qū))。這兩個(gè)位置的文件均可以直接刪除，節(jié)省人量的硬盤(pán)空間。打開(kāi)IE瀏覽器，從"工具"菜單中選擇"Internet選項(xiàng)",在彈出在彈出"刪除文件"對(duì)話(huà)框，選中"刪除所有脫機(jī)段時(shí)間后，預(yù)讀文件夾里的文件數(shù)量會(huì)變得相當(dāng)龐大，導(dǎo)致系統(tǒng)搜索花費(fèi)的時(shí)間變長(zhǎng)。而且有些應(yīng)用程序會(huì)產(chǎn)生死鏈接文件，更加重了系統(tǒng)搜索的負(fù)擔(dān)。所以，應(yīng)該定期刪除這些預(yù)讀文件。預(yù)計(jì)文件存放在WindowsXP系統(tǒng)文件夾的Prefetch文件夾中，該文件夾下的所有文件均可刪