基于Matlab和單片機(jī)的并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)_圖文

1、 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報圖1平面3一RRR并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1Schematic djagram of planar3RRRparallel manipulator整理式(1得愚1sin口1+志2cos口1+是3一o(2其中點1一一2口1yGclsin口1+P1sin(p1+聲正2一一2口1zGclcos口1+P1cos(p1+聲是3一yGclsinal+P1sin(p1+聲2+zGclcos口1+P1cos(p1+聲2+以一6通過萬能代換可得。-。-。-。-_忙2arctan生筍(3可見,護(hù),有2個取值,其含義是桿PD可以位于PA連線的兩側(cè)。在此僅取“+”號,即PD在兩個可能的位置中,僅取PA

2、連線的逆時針一側(cè)。這樣在工作空間內(nèi)對于確定的一組輸出zG、yG和,可以得到唯一的咿。,同理可得到唯一的咿:和鞏,即根據(jù)位姿反解得到輸入角度。同時還可以避免桿件之間的干涉。2運動數(shù)據(jù)生成Matlab可以用來仿真和生成運動控制所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)4。對于一個平面3一RRR并聯(lián)機(jī)器人,確定結(jié)構(gòu)參數(shù)c、n、6、e和運動初始位置之后,進(jìn)行等時間周期采樣使給定的運動軌跡離散化,得到機(jī)器人在運動過程中的若干組瞬時位姿并對其進(jìn)行運動學(xué)反解,求得各主動鉸的輸出曲線。再根據(jù)設(shè)定的電動機(jī)步距角進(jìn)行進(jìn)一步處理,即可以獲得驅(qū)動各軸所需脈沖信號序列。以結(jié)構(gòu)參數(shù)c-,一300mm、n1=250mm、61250mm、e1100m

3、m,運動軌跡zG=100sin(f、此一100cos(f、56一o,電動機(jī)步距角o.18。,采樣周期o.01s為例,生成的運動數(shù)據(jù)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個元素“一4”為例,說明上述數(shù)組元素的意義:在第4個時刻(即第o.04s,P點的步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行一步輸入,而元素前面的“”號表明該電動機(jī)此時反轉(zhuǎn)。同時,借助Matlab的蓑里銎璧:曼邕.竺掣皇孑圖。運動軌跡和作

4、空間和運動軌跡,以及。主稚茹某磊”實現(xiàn)此運動軌跡所需要的Fig.2T,。i。t。,y。d各電動機(jī)轉(zhuǎn)動值的輸入曲wo,k。D。線。從圖2可以很直觀的判斷出給定的運動軌跡是否超出了工作空間。其中類似三角形的區(qū)域即=o時的工作空間。圖3中虛線和實線是近似重合的,且沒有累計誤差,說明給定的運動軌跡是較為合理的?？谝粚嶋H值口t理論值一8,實際值一口,理論值一82實際值日2理論值時l礎(chǔ)r/s圖3理論輸入和在此算法下的實際輸入曲線Fig.3Theoretical input and real input of motors如果提高運動速度,將zG=100sin(、此一100cos(變?yōu)閦G一100sin(4

5、f、yG一100cos(4f,則運動軌跡不變,而產(chǎn)生的速度輸入曲線如圖4所示。日-實際值一8.理淪值,口3實際值8、理淪值日2實際值82肌淪位時州r/s圖4給定運動速度過快時的輸入曲線Fig.4Errors caused by over giVen speed motion這時虛線和實線不重合,即各軸的實際輸入量小于實現(xiàn)預(yù)定運動軌跡需要的輸入值,無法完成預(yù)定軌跡,此時就需要將給定的運動速度下調(diào),或減小 運動離散化的時間取樣步長和電動機(jī)驅(qū)動細(xì)分?jǐn)?shù)。 基于Matlab和單片機(jī)的并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)作者:宋昆鵬, 胡鵬浩, 李保生, Song Kunpeng, Hu Penghao, Li Baosh

6、eng作者單位:合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院,230009,合肥市刊名: 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報英文刊名:TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY FOR AGRICULTURAL MACHINERY年,卷(期:2007,38(5被引用次數(shù):2次參考文獻(xiàn)(5條1.陳羽白.張杰.賴榮光噴灌量與噴灌形狀的精確控制方法及技術(shù)期刊論文-農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 2004(022.張振東.陳萬忠.張汽油機(jī)怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究期刊論文-農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 2000(013.鄭灼.李興根單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)升降頻規(guī)律及實現(xiàn)期刊論文-微電機(jī) 1999(044.張志涌.徐彥琴Matlab教程-基于

7、6.X版本 20015.羅家洪矩陣分析引論 2003相似文獻(xiàn)(10條1.期刊論文羅飛.范良志.喻道遠(yuǎn)HIFU串并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)-機(jī)電一體化2005,11(5結(jié)合HIFU串并聯(lián)機(jī)器人的特點,確定了以"PC+PMAC"為硬件平臺,VC+為開發(fā)工具,開發(fā)了HIFU串并聯(lián)機(jī)器人的開放式控制系統(tǒng).介紹了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu),并對關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)進(jìn)行了闡述.該系統(tǒng)軟件已經(jīng)成功應(yīng)用于原型機(jī)上.2.學(xué)位論文馬愛萍6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人運動學(xué)研究及控制系統(tǒng)硬件研制2005本文在全面分析國內(nèi)外并聯(lián)機(jī)器人研究發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上,對6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人運動學(xué)、軌跡規(guī)劃等問題進(jìn)行深入的探討和研究,研制控制

8、系統(tǒng)硬件并對該控制系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建與初步調(diào)試。分析6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)特點,建立其運動學(xué)模型,求解位置逆解,研究并聯(lián)機(jī)器人工作空間的影響因素,求解該機(jī)器人工作空間。根據(jù)以上理論分析結(jié)果對該機(jī)器人進(jìn)行運動學(xué)仿真。根據(jù)運動學(xué)分析結(jié)果,對6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人運動性能進(jìn)行研究。包括基于牽連運動的矢量叉乘法和基于符號運算的微分構(gòu)造法求解雅可比矩陣;研究機(jī)器人的奇異位形、可操作性、靈巧度等性能指標(biāo)。根據(jù)以上理論研究結(jié)果,結(jié)合該機(jī)器人的工作要求,進(jìn)行軌跡規(guī)劃研究以選取合理的運動軌跡。在完成運動學(xué)和軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上,根據(jù)該系統(tǒng)機(jī)器人的作業(yè)要求構(gòu)建控制系統(tǒng),包括:伺服電機(jī)及其驅(qū)動控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制器、

9、夾持器觸覺傳感器、系統(tǒng)定位及保護(hù)電路等,并對該實驗系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建與初步調(diào)試。3.會議論文孫立寧.徐文軍.安輝.蔡鶴皋.邵偉劃一種新型6-RTRT并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)1998作者研制出一種新型六自由度共水平面旋轉(zhuǎn)輸入6-RTRT機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)器人,該文介紹了其機(jī)構(gòu)形式、特點及控制系統(tǒng)。4.學(xué)位論文張學(xué)濤平面3-RRR柔性并聯(lián)機(jī)器人實驗系統(tǒng)的開發(fā)及實驗研究2008并聯(lián)機(jī)器人是一類閉環(huán)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人,具有運動慣量小、精度高等優(yōu)點,與串聯(lián)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)和性能方面形成互補(bǔ),極大地擴(kuò)展了整個機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著機(jī)器人高速化和輕型化的發(fā)展要求,各構(gòu)件彈性變形給并聯(lián)機(jī)器人整體性能帶來的影響已經(jīng)不容忽略,因此開展柔

10、性并聯(lián)機(jī)器人方面的研究就成為當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域的前沿課題。本文從實驗研究的角度出發(fā),設(shè)計并搭建了一套平面3-RRR柔性并聯(lián)機(jī)器人實驗系統(tǒng),主要工作包括以下幾個方面:1.結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)合平面3-RRR并聯(lián)機(jī)器人的運動學(xué)和動力學(xué)逆解模型,提出了一種兼顧工作空間和最大輸出加速度的并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,并給出了一組滿足實驗系統(tǒng)開發(fā)要求的柔性并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)。2.控制系統(tǒng)設(shè)計。以"IPC+PMAC"為硬件結(jié)構(gòu)核心,以"RTLinux"為軟件開發(fā)平臺,建立了平面3-RRR柔性并聯(lián)機(jī)器人的實時控制系統(tǒng),實現(xiàn)了包括機(jī)器人回零限位、軌跡規(guī)劃與運動控制、硬件狀態(tài)監(jiān)測等主要功能

11、,同時開放性的設(shè)計方案也為系統(tǒng)的功能擴(kuò)展提供了可能。3.運動學(xué)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。在控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,建立了以線尺傳感器為采集單元的平面3-RRR柔性并聯(lián)機(jī)器人運動學(xué)數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng),實現(xiàn)了機(jī)器人動平臺運動位姿的高精度測量,同時也為今后機(jī)器人的全閉環(huán)控制奠定了基礎(chǔ)。4.實驗研究。進(jìn)行了實驗系統(tǒng)的運動學(xué)標(biāo)定,并針對柔性連桿并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計和進(jìn)行了高速、高加速軌跡實驗。通過實驗數(shù)據(jù)分析與數(shù)值仿真結(jié)果對比驗證,所開發(fā)的實驗系統(tǒng)具有良好的實時性和可靠性,可以為平面3-RRR柔性并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域的深入研究提供必要的實驗支持。5.學(xué)位論文孔令富六自由度并聯(lián)機(jī)器人運動控制系統(tǒng)的研究1995該文的內(nèi)容首先是以六自由

12、度并聯(lián)機(jī)器人大型實驗室樣機(jī)的研制為研究內(nèi)容,根據(jù)并聯(lián)機(jī)器人運動模型和運動特性,研制了六自由度并聯(lián)機(jī)器人分布式計算機(jī)控制系統(tǒng),實現(xiàn)了六自由度并聯(lián)機(jī)器人的運動控制.文中還給出了研制的六自由度并聯(lián)機(jī)器人大型實驗室樣機(jī)運動實驗結(jié)果;其次是以實驗室樣機(jī)為對象開展了控制系統(tǒng)和控制策略的深入研究,設(shè)計了六自由度并聯(lián)機(jī)器人雙自由度PID控制系統(tǒng)、力補(bǔ)償控制系統(tǒng)、基于PC和MCS-96單片機(jī)的分布式計控系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)和容錯分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)等.研究的這些機(jī)器人控制系統(tǒng)能夠有效地提高運動控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性,為進(jìn)一步研制并聯(lián)機(jī)器人工業(yè)樣機(jī)奠定了理論基礎(chǔ).另外,由于機(jī)器人控制系統(tǒng)要求的實時性強(qiáng),需

13、要處理的信息量大,該文以VLSI為基礎(chǔ)設(shè)計了并聯(lián)機(jī)器人實時信息并行處理方案,利用并行處理信息的快速性,提高了并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)處理信息的能力,進(jìn)而改善了系統(tǒng)的控制性能.6.會議論文楊永剛.趙杰.劉玉斌6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制2007針對6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)的非線性、耦合等特性,設(shè)計了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。此控制器采用分散控制策略利用復(fù)合正交神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來消除并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)非線性、耦合的影響,學(xué)習(xí)系統(tǒng)的不確定信息,作為前饋補(bǔ)償使系統(tǒng)跟蹤誤差快速收斂;并采用PID作為反饋控制,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從而實現(xiàn)6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人的快速,穩(wěn)定軌跡跟蹤。該控制器以離散的形式進(jìn)行設(shè)計,結(jié)構(gòu)簡

14、單,易于工程實現(xiàn)。7.學(xué)位論文楊云光并聯(lián)機(jī)器人計算機(jī)控制系統(tǒng)研究2002該文主要包括如下內(nèi)容:第一.介紹了并聯(lián)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀以及計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r,并在此基 礎(chǔ)上提出了基于微型計算機(jī)的并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究課題.第二.對并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特點進(jìn)行了分析.第三.分析和介紹了計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及其控制原理,闡述了計算機(jī)控制系 統(tǒng)的模塊化思想.第四.控制系統(tǒng)硬件部分的調(diào)試.在熟悉各元件工作性能的基礎(chǔ)上,通過大量的 實驗,找到正確的連接方法,使硬件系統(tǒng)正常工作.這一部分是該課題的 主要內(nèi)容之一,主要包括對電機(jī)、伺服放大器和伺服控制器的調(diào)試,以及 對整個硬件系統(tǒng)的調(diào)試.第五.軟件編程.在做好以

15、上工作的基礎(chǔ)上,用MINT語言編寫程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行 控制.機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計 -機(jī)械設(shè)計2009,26(7 在已構(gòu)建5自由度串并聯(lián)機(jī)器人的基礎(chǔ)上,從硬件和軟件兩方面.對其運動控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,實現(xiàn)其空間復(fù)雜圖形的繪制和漢字的書寫功能.通過多種 運動插補(bǔ)方法實現(xiàn)輸出末端的預(yù)定軌跡,通過類對象間關(guān)系分析得到基于PC的運動控制體系軟件層次結(jié)構(gòu).利用VB語言開發(fā)出機(jī)器人示教系統(tǒng)的人機(jī)交互 界面和程序,實現(xiàn)手寫聯(lián)動輸入和記憶重現(xiàn)功能.實踐證明所設(shè)計的硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)表現(xiàn)良好.且具備可擴(kuò)充功能. 9.學(xué)位論文 馮時佳 一種三平移并聯(lián)機(jī)器人及其多軸控制研究 2007 信息時代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，

16、引起傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的深刻變革。微電子技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)使信息和智能與機(jī)械裝置和動力相結(jié)合，促使農(nóng)業(yè)開始 了一場大規(guī)模的機(jī)電一體化的技術(shù)革命。機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)越來越受到各方面的關(guān)注，在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時，運動控制技術(shù)作為其核心 部分，也得到了前所未有的發(fā)展。 本文主要通過對已經(jīng)加工的秧苗移栽機(jī)器人進(jìn)行控制實驗，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，該移栽機(jī)器人具有機(jī)構(gòu)桿長較長，桿件剛度不夠，運動副之間接觸 面積較小，引起副的變形過大，原動件減速器傳動比過大，造成機(jī)構(gòu)工作效率較低等缺點。因此，對于機(jī)構(gòu)的改進(jìn)分析中，本文主要做了如下工作： (1本文對3-CRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的各分支進(jìn)行重新配置，提出了一種新型的三自由度

17、并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 (2提出了一種可約系統(tǒng)的概念，并通過計算論證了該機(jī)構(gòu)是一種完全可約的機(jī)構(gòu)，其輸入與輸出之間具有著一一映射的關(guān)系。 (3對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了奇異位形分析，速度性能指標(biāo)分析及靈巧度分析，由分析可知，機(jī)構(gòu)具有非常好的運動傳遞性能，運動學(xué)各項同性性能非常好 ，靈巧度和控制精度可以達(dá)到最優(yōu)值。 (4在考慮工作空間和機(jī)構(gòu)整體剛度的基礎(chǔ)上對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了桿長優(yōu)化設(shè)計，并利用機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)、運動、干涉等方面的相互關(guān)系，建立起機(jī)構(gòu)的各個構(gòu) 件的參數(shù)同驅(qū)動參數(shù)的關(guān)系。 (5通過MATLAB仿真，得到了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間示意圖。 本文對改進(jìn)后加工完畢的秧苗移栽機(jī)構(gòu)進(jìn)行了控制研究，主要做了以下工作： (1選用階梯式控制

18、系統(tǒng)的設(shè)計思路，即用基于Windows操作系統(tǒng)的臺式機(jī)作為上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)的存儲與復(fù)雜計算，用以DSP為核心的多軸伺服控制 卡實現(xiàn)多軸聯(lián)動的實時控制。 (2根據(jù)系統(tǒng)實際工作中所需要的驅(qū)動力，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了合理的選擇，并在實際的控制中，證明了該步進(jìn)電機(jī)能夠保證系統(tǒng)的順利工作。 (3在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，由于多重非線性因素的影響，使得系統(tǒng)的控制精度較低，為了解決該問題，本文引入了帶微調(diào)前饋補(bǔ)償功能的模糊 PID控制器，并在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，使用該控制器能夠有效的減小控制誤差，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的控制精度。 (4本文甩VC+語言設(shè)計了機(jī)器人系統(tǒng)的計算機(jī)控制軟件，并在程序中添加了系統(tǒng)故障診斷模塊，以保證當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)一些較小的問題時能通過程 序快速解決該問題。 10.期刊論文 馮遠(yuǎn)靜.馮祖仁.李良福.周冰 一種6-6UHU并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計和實驗研究 -機(jī)械科學(xué)與技術(shù)2004,23(8 研制了一種新型結(jié)構(gòu)的大工作空間6-6UHU并聯(lián)機(jī)器人.通過對虎克鉸擺角極限對機(jī)器人工作空間的影響研究,在機(jī)構(gòu)設(shè)計上解決了桿間干涉和下關(guān)節(jié) 極限問題,簡化了干涉檢測算法,降低了運動控制算法的復(fù)雜性,并且增大了工作空間.研制出基于DSP的多軸控制器PMAC卡的交流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)和