基于Matlab和单片机的并联机器人控制系统

1、 农业机械学报图1平面3一RRR并联机器人结构简图Fig.1Schematic djagram of planar3RRRparallel manipulator整理式(1得愚1sin口1+志2cos口1+是3一o(2其中点1一一2口1yGclsin口1+P1sin(p1+声正2一一2口1zGclcos口1+P1cos(p1+声是3一yGclsinal+P1sin(p1+声2+zGclcos口1+P1cos(p1+声2+以一6通过万能代换可得。-。-。-。-_忙2arctan生笋(3可见,护,有2个取值,其含义是杆PD可以位于PA连线的两侧。在此仅取“+”号,即PD在两个可能的位置中,仅取PA

2、连线的逆时针一侧。这样在工作空间内对于确定的一组输出zG、yG和,可以得到唯一的咿。,同理可得到唯一的咿:和巩,即根据位姿反解得到输入角度。同时还可以避免杆件之间的干涉。2运动数据生成Matlab可以用来仿真和生成运动控制所需要的相关数据4。对于一个平面3一RRR并联机器人,确定结构参数c、n、6、e和运动初始位置之后,进行等时间周期采样使给定的运动轨迹离散化,得到机器人在运动过程中的若干组瞬时位姿并对其进行运动学反解,求得各主动铰的输出曲线。再根据设定的电动机步距角进行进一步处理,即可以获得驱动各轴所需脉冲信号序列。以结构参数c-,一300mm、n1=250mm、61250mm、e1100m

3、m,运动轨迹zG=100sin(f、此一100cos(f、56一o,电动机步距角o.18。,采样周期o.01s为例,生成的运动数据如下:711一4,一11,一18,一26,一33,一40982,988,993,998712一一14,88,106,118,128 (969一978.一986。一994732,5,9,12,15,19,23,27 (957一967。一979,一991以7。的第1个元素“一4”为例,说明上述数组元素的意义:在第4个时刻(即第o.04s,P点的步进电动机进行一步输入,而元素前面的“”号表明该电动机此时反转。同时,借助Matlab的蓑里銎璧:曼邕.竺掣皇孑图。运动轨迹和作

4、空间和运动轨迹,以及。主稚茹某磊”实现此运动轨迹所需要的Fig.2T,。i。t。,y。d各电动机转动值的输入曲wo,k。D。线。从图2可以很直观的判断出给定的运动轨迹是否超出了工作空间。其中类似三角形的区域即=o时的工作空间。图3中虚线和实线是近似重合的,且没有累计误差,说明给定的运动轨迹是较为合理的。口一实际值口t理论值一8,实际值一口,理论值一82实际值日2理论值时l础r/s图3理论输入和在此算法下的实际输入曲线Fig.3Theoretical input and real input of motors如果提高运动速度,将zG=100sin(、此一100cos(变为zG一100sin(4

5、f、yG一100cos(4f,则运动轨迹不变,而产生的速度输入曲线如图4所示。日-实际值一8.理沦值,口3实际值8、理沦值日2实际值82肌沦位时州r/s图4给定运动速度过快时的输入曲线Fig.4Errors caused by over giVen speed motion这时虚线和实线不重合,即各轴的实际输入量小于实现预定运动轨迹需要的输入值,无法完成预定轨迹,此时就需要将给定的运动速度下调,或减小 运动离散化的时间取样步长和电动机驱动细分数。 基于Matlab和单片机的并联机器人控制系统作者:宋昆鹏, 胡鹏浩, 李保生, Song Kunpeng, Hu Penghao, Li Baosh

6、eng作者单位:合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,230009,合肥市刊名: 农业机械学报英文刊名:TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY FOR AGRICULTURAL MACHINERY年,卷(期:2007,38(5被引用次数:2次参考文献(5条5.罗家洪矩阵分析引论 2003相似文献(10条结合HIFU串并联机器人的特点,确定了以"PC+PMAC"为硬件平台,VC+为开发工具,开发了HIFU串并联机器人的开放式控制系统.介绍了系统软件的结构,并对关键技术的实现进行了阐述.该系统软件已经成功应用于原型机上.2.学位论文马爱萍6-PRR

7、S并联机器人运动学研究及控制系统硬件研制2005本文在全面分析国内外并联机器人研究发展状况的基础上,对6-PRRS并联机器人运动学、轨迹规划等问题进行深入的探讨和研究,研制控制系统硬件并对该控制系统进行构建与初步调试。分析6-PRRS并联机器人机构特点,建立其运动学模型,求解位置逆解,研究并联机器人工作空间的影响因素,求解该机器人工作空间。根据以上理论分析结果对该机器人进行运动学仿真。根据运动学分析结果,对6-PRRS并联机器人运动性能进行研究。包括基于牵连运动的矢量叉乘法和基于符号运算的微分构造法求解雅可比矩阵;研究机器人的奇异位形、可操作性、灵巧度等性能指标。根据以上理论研究结果,结合该机

8、器人的工作要求,进行轨迹规划研究以选取合理的运动轨迹。在完成运动学和轨迹规划的基础上,根据该系统机器人的作业要求构建控制系统,包括:伺服电机及其驱动控制器、步进电机驱动控制器、夹持器触觉传感器、系统定位及保护电路等,并对该实验系统进行构建与初步调试。作者研制出一种新型六自由度共水平面旋转输入6-RTRT机构并联机器人,该文介绍了其机构形式、特点及控制系统。4.学位论文张学涛平面3-RRR柔性并联机器人实验系统的开发及实验研究2008并联机器人是一类闭环结构的机器人,具有运动惯量小、精度高等优点,与串联机器人在结构和性能方面形成互补,极大地扩展了整个机器人的应用领域。随着机器人高速化和轻型化的发

9、展要求,各构件弹性变形给并联机器人整体性能带来的影响已经不容忽略,因此开展柔性并联机器人方面的研究就成为当前机器人领域的前沿课题。本文从实验研究的角度出发,设计并搭建了一套平面3-RRR柔性并联机器人实验系统,主要工作包括以下几个方面:1.结构设计。结合平面3-RRR并联机器人的运动学和动力学逆解模型,提出了一种兼顾工作空间和最大输出加速度的并联机器人结构设计方法,并给出了一组满足实验系统开发要求的柔性并联机器人结构参数。2.控制系统设计。以"IPC+PMAC"为硬件结构核心,以"RTLinux"为软件开发平台,建立了平面3-RRR柔性并联机器人的实时控

10、制系统,实现了包括机器人回零限位、轨迹规划与运动控制、硬件状态监测等主要功能,同时开放性的设计方案也为系统的功能扩展提供了可能。3.运动学数据采集系统设计。在控制系统的基础上,建立了以线尺传感器为采集单元的平面3-RRR柔性并联机器人运动学数据实时采集系统,实现了机器人动平台运动位姿的高精度测量,同时也为今后机器人的全闭环控制奠定了基础。4.实验研究。进行了实验系统的运动学标定,并针对柔性连杆并联机器人设计和进行了高速、高加速轨迹实验。通过实验数据分析与数值仿真结果对比验证,所开发的实验系统具有良好的实时性和可靠性,可以为平面3-RRR柔性并联机器人领域的深入研究提供必要的实验支持。5.学位论

11、文孔令富六自由度并联机器人运动控制系统的研究1995该文的内容首先是以六自由度并联机器人大型实验室样机的研制为研究内容,根据并联机器人运动模型和运动特性,研制了六自由度并联机器人分布式计算机控制系统,实现了六自由度并联机器人的运动控制.文中还给出了研制的六自由度并联机器人大型实验室样机运动实验结果;其次是以实验室样机为对象开展了控制系统和控制策略的深入研究,设计了六自由度并联机器人双自由度PID控制系统、力补偿控制系统、基于PC和MCS-96单片机的分布式计控系统、自适应控制系统和容错分布式计算机控制系统等.研究的这些机器人控制系统能够有效地提高运动控制精度和系统的稳定性与可靠性,为进一步研制并联机器人工业样机奠定了理论基础.另外,由于机器人控制系统要求的实时性强,需要处理的信息量大,该文以VLSI为基础设计了并联机器人实时信息并行处理方案,利用并行处理信息的快速性,提高了并联机器人控制系统处理信息的能力,进而改善了系统的控制性能.针对6-PRRS并联机器人控制系统的非线性、耦合等特性,设计了神经