基于开放式运动控制平台的DELTA并联机器人设计和优化研究

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本文基于开放式控制平台这一项目背景,以Delta并联机器人的软硬件控制系统平台的设计和实现为核心,针对Delta并联机器人的运动学误差模型、标定、轨迹规划以及控制系统软件开发进行了研究。  首先,本文简要分析了Delta并联机器人的自由度问题。在简化机构模型的基础上,建立了Delta并联机器人的误差模型,给出了该模型的运动学正反解。并提出了采用粒子群算法对Delta并联机器人进行精度标定的方法。  其次,研究了Delta并联机器人的运动轨迹规划算法。通过对S曲线加减速算法的探讨,给出了利用时间和位移快速判断S曲线轨迹类型的方法,并给出能在计算机上方便进行计算的几种S曲线加减速情况的数学描述。在此基础上分别对空间直线、空间圆弧以及采用Bezier曲线进行转接过渡的轨迹规划算法进行了介绍。  进一步,为了对上面的理论进行验证,搭建了Delta并联机器人的实验平台。对硬件平台的机械部分包括机器人本体、伺服电机、伺服驱动器和电气部分包括电控柜及运动控制卡等进行了介绍。对于控制系统软件介绍了运动控制卡的软件部分实现,同时也提出了对运动控制卡不能直接读取伺服电机多圈信息的解决办法。采用MFC开发了上位机的控制软件并对软件功能的实现进行了介绍。  最后,应用前文的研究成果,对Delta并联机器人的轨迹规划理论以及精度标定算法进行了验证实验。轨迹规划实验以“空间门字形”轨迹为例,对轨迹规划算法的有效性进行了验证。采用激光跟踪仪对Delta并联机器人做了精度标定实验,并用Matlab编写了基于粒子群算法的Delta并联机器人标定工具,简化了Delta并联机器人标定实验的后期数据处理工作。标定试验的结果表明了该标定方法的有效性,能够提高Delta并联机器人的绝对定位精度。
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