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少自由度并联机器人机构的结构综合方法研究
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少自由度并联机器人机构的结构综合方法研究
官方公共微信?26?；工业仪表与自动化装置2008年第4期；3-3R球面并联喷胶装置控制系统设计；王坚,胡挺,胡旭东,李秦川；(浙江理工大学机械与自动控制学院,浙江杭州310；摘要:设计了3-3R球面并联喷胶装置的控制系统,；胶工艺要求,采用了固高GT-400-SG-PCI；关键词:3-3R球面并联机构;运动控制卡中图分类；forusewitha3-3Rspherica
工业仪表与自动化装置　　　　　　　　　　　　　　　　2008年第4期
3-3R球面并联喷胶装置控制系统设计
王　坚,胡　挺,胡旭东,李秦川
(浙江理工大学机械与自动控制学院,浙江杭州310018)
　　摘要:设计了3-3R球面并联喷胶装置的控制系统,根据并联机构的运动学特性和制鞋业喷
胶工艺要求,采用了固高GT-400-SG-PCI-G运动控制卡,给出了其硬件连接和软件设计的方法。开发了操作简便,交互性良好的喷胶系统控制软件、坐标系控制(多轴协调控制)、轨迹控制等模块。
关键词:3-3R球面并联机构;运动控制卡中图分类号:TP242　　:A(6-03
forusewitha3-3Rspherical
parallelglue-spraydevice
WANGJian,HUTing,HUXu2dong,LIQin2chuan
(CollegeofMachinery&AutomationunderZhejiangUniversityofTechnology,ZhejiangHangzhou310018,China)
　　Abstract:Acontrolsystemisdesignedfora3-3Rsphericaltypeparallelglue-spraydevice.ThesystemmakesuseoftheGoogolGT-400-SG-PCI-Gmotioncontrolcardaccordingtothekinematicfeaturesandrequirementsofaglue-sprayprocessinshoe-making.Thehardwareconnectionandsoft2waredesignareillustrated.Thecontrolsoftwareofglue-sprayprocessissimpletooperatewithgoodin2teractivity.Thissoftwarecanimplementsingleaxiscontrol,coordinatesystemcontrolandtrajectorycontrolthroughindividualmodules.
Keywords:3-3Rsphericalttrajectory
　　与串联机器人相比,并联机器人具有刚度大、精度高、负载重和易控制等优点。三自由度球面并联机构是并联机构中重要的一类,可以实现绕机构转动中心的3个转动自由度。这种机构可用作机器人的腰、肩、髋、腕等关节,还可用于卫星天线和摄像定位装置,具有重要的应用价值。在数量众多的各种球面并联机构中,又以3-3R球面并联机构结构最为简单(R表示转动副),因此相对其他球面并联机构而言,3-3R球面并联机构在设计、分析、制造及装配等方面都具有一定优势,得到广泛的研究和应用。
在制鞋业中,由于皮革粘接用的胶水对人体有较大毒性,自动喷胶设备已成为制鞋企业减少人力成本、提升生产力的有效途径。制鞋喷胶系统中喷胶对象为具有三维空间曲面的鞋楦底面,对于空间
　　收稿日期:
基金项目:浙江理工大学教学改革项目资助(yb07012)
作者简介:王　坚(1983-),男,硕士研究生,主要从事机电一体化、机器人技术及应用研究。
曲面的加工,至少需要5个自由度,采用现有的工业
机器人即串联单体式结构存在速度低、负载小等缺点。考虑打磨喷胶的工艺特点,对喷***和打磨头主要是位置和姿态的控制,并且姿态变化空间较小,因此,采用三维XYZ导轨串联结构和三自由度球面转动并联机构结合的方式,如图1所示。通过三维XYZ导轨控制工件的位置,通过球面三自由度并联机构控制喷***的姿态。由于三维XYZ导轨串联结构在X、Y、Z三个方向的运动相互独立,没有耦合,因此位置的控制非常简单,主要的工作集中在三自由度球面转动并联机构的设计和控制上
图1　串并联结构打磨喷胶智能设备
2008年第4期　　　　　　　　　　　　　　　工业仪表与自动化装置
　　该文设计了3-3R球面并联喷胶装置的控制系统,根据并联机构的运动学特性和制鞋业喷胶工艺要求,采用了固高GT-400-SG-PCI-G运动控制卡,给出了其硬件连接和软件设计的方法。开发了操作简便,交互性良好的喷胶系统控制软件。控制软件实现了单轴控制、坐标系控制(多轴协调控制)、轨迹控制等模块。
运动控制卡核心包括ADSP2181和FPGA,可以
实现高性能的控制计算,产生的脉冲频带宽。它作为从控制器是基于PCI总线协议,PC机通过PCI通信接口与GT-400-SG运动控制卡交换信息,包括向运动控制卡发出运动控制指令,并通过该接口获取运动控制卡的当前状态和相关控制参数。主控制器(计算机)调用固高的API函数可以同步控制4个运动轴,实现多轴协调运动驱动三自由度并联CN5～,1　结构组成
　　整个系统包括3-3R球面并联机构、喷***、电机及驱动装置、运动控制卡和控制软件5I,电机上装有齿轮,通过齿轮啮合驱动并联机构转动,从而使喷***到达指定的位置或方位。
2　3-3R球面并联机构
,、原点信号和限位信
控制卡有方向/脉冲输出信号模式和正负脉冲输出信号模式,该系统采用方向/脉冲输出信号模式。在此模式下端子板上(CN5～CN8)的PUSLE端连接电机驱动器的CP端,DIR+端连接驱动器的DIR端。
(2)硬件连接步进电机驱动器采用SH2024A型步进电机驱动器,该驱动器工作电压范围宽,直流供电,电压值为15～36V;相电流可调,范围为0.5～2A,两相八拍半步运行,步进电机步进角为0.9度,400个脉冲转一圈。电机接口:对于二相四线电机直接与驱动器相连;OPTO:输入信号的公共端,接外部系统的VCC,若VCC为+5V可直接相连,若不是+5V须接限流电阻,运动控制卡的端子板上CN5的第7脚正好为输出+5V,OPTO连接此脚就可以驱动电机了。DIR:方向电平输入端,与CN5的DIR+连接,控制电机的正反转。CP:步进脉冲信号,连接CN5的PULSE+;FREE:当此端为低时,电机停转,不用此端,将它与+5V的高电平相连。图3是运动控制卡端子板、步进电机驱动器及步进电机的硬件连接图(方向/脉冲输出信号模式)
图2　3-3R球面并联平台
　　3-3R球面三自由度并联机构简图如图2所示。图中3-3R球面三自由度并联机构运动链中,转动副轴线平行于定平台,且所有3个分支中,全部3个转动副的轴线和底盘上由大、小齿轮啮合组成的环形移动副的中轴线汇交于一点,该点称为机构中心点。机构中心点也是动平台转动的中心点。当3个分支中的移动副以相同速度运动时,机构动平
台可绕z轴转动。212　控制系统硬件实现
硬件系统由固高公司生产的GT-400-SG-PCI-G运动控制卡,SH2024A型步进电机驱动器及步进电机,三自由度并联机构和喷***4部分组成。
(1)运动控制卡
图3　控制卡和电机驱动器连接图
　　控制卡端子板的CN5的ALM脚(2脚)是专门
用来检测驱动报警信号的,系统采用的驱动器相对简单无此信号,将它与地短接(注意:必须与地短
工业仪表与自动化装置　　　　　　　　　　　　　　　　2008年第4期
接,否则控制卡无法正常运行,这是控制卡的硬件规定的)。
213　控制系统软件设计
系统的控制思路为:利用动态链接库实现PC机与运动控制卡的通讯;用户通过主机程序调用相应的库函数,将运动控制卡相关参数和运动轨迹描述传递给运动控制卡;运动控制卡根据主机的要求,自动完成轨迹规划、安全检测、采样刷新等复杂运算和操作;最后将计算结果转换成脉冲控制步进电机运动。
该3-3R机器人控制软件提供的主要功能有:基于轴的控制、基于坐标系的控制、(1)轴,,设定运动模式、速度、加速度和目标位置等运动参数,然后刷新参数,以启动轴的运动。球面并联平台样机在单轴控制模式下的运动情况如图4所示。
基坐标系位置和姿态),设定运动模式、速度、加速
度等运动参数,按下“到达指定位置或方向”按钮后,并联机构能按指定的要求到达目标点。基于坐标系的控制界面如图5所示。　　(3)基于轨迹的控制
在轨迹的控制模式下,基坐标系的原点仍然定位于并联机构的机构中心点,但是需要将并联机构上的工具(喷***)(鞋楦)的坐标系上,经变换后的工(方向变换和位置变换)都是相对于目标(鞋楦)坐标系的。软件中导入轨迹数据,点击“沿轨迹运行”按钮,工具就从初始位置按照给定的插补算法逐次到达各个轨迹点,从而完成指定的轨迹。轨迹控制程序流程如图6
图6　轨迹控制系统程序流程图
图4　3-3R球面并联平台样机
　　喷胶工艺中喷***的姿态变化空间不大,符合3
-3R球面并联机构的特点,与传统的串联结构相比,3-3R球面并联喷胶装置可实现高速大负载下喷胶作业的较高精度。采用运动控制卡更易于系统模块化设计和设备软硬件的升级维护,控制系统具有人机界面友好、可实现基于多种模式的控制方法。
[1]　黄真,孔令富,方跃法.并联机器人机构学理论及控
基于坐标系的控制
制[M].北京:机械工业出版社,1997.
[2]　贺磊盈,武传宇,倪勇.基于RPPR机器人智能分拣实
验装置的研制[J].工业仪表与自动化装置,2007,
(4):70-72.
图5　并联机构喷胶系统的控制界面
[3]　李秦川,武传宇,胡旭东.带环形导轨的球面三自由度
　　在坐标系控制模式下,基坐标系的原点定位于并联机构的机构中心点,先选定将要参与运动的所
有轴(该控制系统要求控制3个轴),在用户界面中输入位置或方向(球面并联机构的工作空间是一个球面范围,球面上的点唯一地确定了动平台相对于
并联姿态控制机构:中国,CN1631612[P].2005-06.
[4]　朱龙彪,朱志松,张兴国.基于PLC的中立柱喷胶机器
人系统设计[J].制造业自动化,):50-51.
[5]　许春山,王建平.基于VisualC++6.0的机器人控制
系统软件实现[J].计算机应用与软件,):
三亿文库包含各类专业文献、高等教育、各类资格考试、生活休闲娱乐、行业资料、应用写作文书、中学教育、3_3R球面并联喷胶装置控制系统设计_图文71等内容。　
　若没有反并联二极管,则 IGBT 的门极控制电压为负...(3) 电枢电阻 Ra 发生变化时系统有调节作用,因为 ...2.63r / min * 2.6 有一晶闸管稳压电源,其... 　控制系统设计”为题目的课程设计方案 基本满足控制要求...时序图三 R-EW L——SN G—SN Y—SN R—SN ...一时间亮、灭;可将同色灯两两并联,用一个输出... 　成型磨床控制系统设计说明书_机械/仪表_工程科技_专业...齿轮磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床...保护装置由放电电阻 R 和电容 C 以及零压继电器 KA... 　并联机器人已从简单的上下料装置发展成数字化制造中...2 自由度并联机构,如 5-R,3-R-2-P(R 表示...建立通用的适用于控制系统设计的并联机器人动力 学... 　三自由度并联机器人设计一、BASE 设计: 设计: (1) 新建:打开 solidworks 软件,进入界面以后点击新建 新建 ,选择 新建“零件 零件” 零件 。 (2) 草图绘制,... 　20、数控机床中闭环系统的工作特点是:数控装置发出的...用以控制伺服电机,使执行元件 (√ ) 3、在机床...磨床上展成加工R=125mm的 凹球面,球面小于半球,其... 　3 北京国际花园别墅(A)安防系统设计方案 3.3 可靠...设计标准》 GBJ54—1983 《低压配电装置及线路设计...度控制,适应于雨、雾、雪等恶劣天气; 广角非球面... 　适合控制器设计,因此本文利用 Lagrange 法对并联机器...2.3.2 Euler-Lagrange方程 假设并联机器人系统各...把上下平台与连 杆,连杆与连杆之间均看成是球面副... 　(3)煤的可燃基挥发份: V r =6.18% y (4)...除渣设计,采用 带有粗破碎机的刮板式机械除渣装置...受热面的自由膨胀,所有吊杆及吊架上不均采用球面垫圈...