6DOF并联机器人并行控制算法与优化
六自由度并联机器人线性化反馈RBF神经滑模控制研究
２２并 联 机器 人 的位 置 反解 及 运 动 学逆 解 ＿
首先在上下平 台各建立一坐标系 ， 如图 ２所示。 动坐标 系 Ｐ —
，
ｄ１ ｌ ｄ ｊｄ２ ｊ ３］ ｛ ｄ 。 Ｐ 。式中的 Ｔ ｊ ． ｄ ，－Ｘ Ｙ ｝ ｄ ，Ｉ 为上平台姿
ｌ３ｄ２ ３ ｊ ｄｆ ３ｄ３
坐标系的原点在 固定坐标系中的位置矢量。 当给定机构的各个结 制量。且假设 。 ，）０ｔ（ ，）０ （ ０ ＝ ，ｏＯ０ ＝ 。则有 ： ０ ｉ 构尺寸后 ， 就可以求出在定坐标下的值。 在此为了更好地表示空间某点所作 的平移变换和旋转变换 ，
利 用 齐次 坐标 来表 示点 的空 问位 置 ， 齐 次变换 矩 阵 来 表示 点 引入
难 以凑 效 ， 在 此 领 域 一 直 是 研 究 的 热 点 ， 此 国 内外 学 者 提 出 故 对
原点分 别位于二者的中心 Ｐ和 ０ 依 据并联机器人位姿描述以及 ，
空 间 变换 理 论 可 以得 到 ：在 动 坐 标 系 中 的 任一 向量 Ｒ 可 以 通过 坐标 变 换 的 方法 变 换 到 固定 坐 标 系 中 的 Ｒ。
第 ２期
２１ ０ ０年 ２月
文 章编 号 ：０ １ ３ ９ （ ００）２ ０ ５ — ３ １０ — ９ ７２ １ ０ — １９ ０
机 械 设 计 与 制 造
Ｍ ａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｅ ｎ ｆ ｃｕｒ １９ ５
六 自由 并联机器人 线性化反馈 Ｒ Ｆ神经滑模控制研 究 术 度 Ｂ
图 １六 自由度 并联 机 器 人 的实 体 图
２６ Ｄ Ｆ 一 Ｏ 并联机器人运动控制模型
２１并 联 机器 人 的机 械 结构 ．
六自由度并联机器人工作空间分析
此外，数据分析还可以用于机器人的路径规划和碰撞检测等方面。例如，可以 通过分析机器人的运动学和动力学模型，优化机器人的路径规划算法，以实现 更高效和精确的自动化生产。同时，碰撞检测算法可以利用数据分析技术，检 测机器人与周围环境的碰撞风险，避免潜在的安全问题。
结论
本次演示对六自由度并联机器人工作空间分析进行了详细的探讨。通过综合考 虑几何约束和力约束，确定了工作空间的范围和特点。在此基础上，对自由度 进行了分析，并建立了相应的数学模型。最后，通过数据分析的方法进一步探 讨了机器人的运动学和动力学特性。这些知识对于实际应用和未来的研究具有 重要意义。
对于三自由度Delta并联机器人，其逆向运动学的求解相对复杂。一般需要通 过几何关系和代数运算来求解，且求解过程中需注意各关节变量的约束条件。 正向运动学则相对简单，可以通过机器人各关节的位移、速度、加速度等参数 进行计算。
Delta并联机器人的工作空间求 解
工作空间是Delta并联机器人在作业过程中，末端执行器可以达到的空间位置 集合。求解Delta并联机器人的工作空间，主要是通过逆向运动学的方法，将 末端执行器置于一系列不同的位置和姿态，然后通过正向运动学的方法求解出 每个位置和姿态下机器人各关节的状态，进而获得机器人的工作空间。
谢谢观看
2、高速度和高精度：由于机器人的结构简单，没有串联机器人的中间关节， 因此可以以更高的速度进行运动。由于机器人的结构刚性高，可以以更高的精 度进行运动。
3、负载能力强：由于机器人的连杆数量较多，每个连杆都具有较高的承载能 力，因此可以承受较大的负载。
4、结构紧凑：由于机器人的结构紧凑，可以节省空间，使得机器人在有限的 空间内工作。
5、稳定性好：由于机器人的结构简单，没有复杂的中间关节，因此具有更好 的稳定性，可以在恶劣的环境下工作。
文献翻译—六自由度并联机器人非线性PID控制
附录A六自由度并联机器人非线性PID控制(Nonlinear PID control of a six-DOF parallel manipulator)Y.X.SU,B.Y.Duan and C.H.Zheng摘要：在连杆空间，非线性比例，积分，微分算法被提出用于以实现一般六自由度机器人高精度跟踪控制。
在实践中，在带有随机噪音的非连续测量信号中如何挑选出微分信号，控制系统的性能是有限的。
因此，非线性PID的开发用两个非线性跟踪微分器在存在扰动和噪音的情况下获得高质量微分信号。
在控制误差上，非线性比例，积分和微分的组合通常是用来综合控制，在以这些领域中提高性能，比如增加阻尼，减少跟踪误差。
实验结果表明，对于工程师来说，非线性控制方法很容易实现和获得一个良好的效果。
1.引言自从STEWART研制六自由度并联机器人以来，这种样机已经引起了那些并联机器人研究者的极大关注。
这些研究者主要的研究涉及机器人遥控装置，机器人末端执行器和机器人装置，这些装置在高精度的机械领域，其准确度和坚固性都比大的工作空间和人工操作更为重要。
一个典型的六自由度机器人，如图1所示，其靠六个可变长度的支架把动平台和静平台连起来，节点部分是万向球形铰链。
相对于基座，动平台的运动是靠缩短或延长支架的长度来实现的，并且妥善支架协调长度轨迹，能够使动平台完成高精度复杂的轨迹。
MERLET 进行系统地研究了并联驱动机器人的工作空间，奇异位置，涉及到了运动学，动力学控制。
在中国，黄真等也研究了并联机器人的基本原理，首次研制成功了一个液压六自由度并联机器人的样机，它是用PID控制器来实现轨迹控制的。
KIM等设计了一个冗余驱动快速加工的并联机械装置。
YOON和RYU研制了一种新的触觉设备，这种触觉设备也是用了PD控制算法控制的并联机构。
苏和段已经建立了一种六自由度并联机构作为微调平台，用于跟踪每平方千米的饲料供给，并用遗传算法获得最佳的运动学结构参数。
六自由度并联机器人运动学、动力学与主动振动控制
振动控制概述
01
02
03
振动危害
机械系统中的振动可能导 致设备损坏、工作效率降 低以及安全隐患。
振动控制方法
主动振动控制、被动振动 控制和半主动振动控制。
主动振动控制优势
能够实时监测和抑制机械 振动，提高设备性能和安 全性。
主动振动控制策略
基于模型的主动振动控制
01
利用系统模型进行预测和控制。
基于数据的主动振动控制
医疗应用
在医疗领域，六自由度并联机器人可以用于微创 手术和精确的定位，提高手术的准确性和效率。
3
农业应用
农业领域可以利用六自由度并联机器人进行自动 化采摘、分拣等作业，提高生产效率并降低人力 成本。
发展与展望
技术创新
随着机器人技术的不断发展，六自由度并联机器人的性能和稳定性 将得到进一步提升，同时将涌现出更多的应用场景。
结构设计
六自由度并联机器人的结构设计对其性能具有重要影响， 因此需要开展深入的研究以提高机器人的刚度、精度和稳 定性。
主动振动控制
在高速运动过程中，六自由度并联机器人容易产生振动， 需要进行主动振动控制研究以减小振动对机器人性能的影 响。
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THANKS
六自由度并联机器人实验 平台与实验研究
实验平台介绍
硬件组成
由6个伺服电机、6个旋转关节 、1个移动关节、1个机身和1
个控制箱组成。
软件系统
采用PC+运动控制卡的模式，使用 自主开发的软件进行实时控制。
实验场地
机器人在实验台上进行实验，环境 条件稳定。
运动学实验研究
逆运动学
通过给定目标位姿，求解关节角 度。
六自由度并联机器人运动学 、动力学与主动振动控制
机器人与计算机集成制造--一个六自由度可重构的混合并联机器臂
学院专业姓名学号任课教师机器人与计算机集成制造一个六自由度可重构的混合并联机器臂摘要本文提出了一种被称为ReSI-BOT的可重构的混合并联机器人的案例研究。
为了可持续制造，它解决了可重构6自由度并行机制的领域。
它还具有一个自重构的架构。
一个系统分析包括运动学、常数取向工作区,奇点和刚度，详细开发此系统分析。
为了揭示了所研究架构的一些独特的特点，讨论了有趣的功能。
加权刚度、灵活性和工作空间体积是衡量多目标优化过程的性能指标。
关键词：可重构的并联机器臂；混合机器人；并联运动；设计优化；六自由度1.简介在过去六十多年，机器人已经吸引了许多研究者。
针对不同的应用程序的串行机器人，做出了许多努力。
最近，并联机器人的领域开始显现出它的优势。
并联机构(PMs)优于串行机构许多，有些典型的特点高载荷/重量比、速度、精度、刚度、低惯性。
在研究文献中，有人提出很多参数[1,2]。
在大的平行配置目录中，这些参数可以找到[3,4]。
抛开这一事实，并联机器人的发展一般比一个串联机器人更复杂[3,5]，普遍接受的缺点，并联机器人具有较小工作空间和较复杂的运动奇异点 [6]。
为了解决制造业的灵活性的需要,研究了可重构并联机器人系统。
绝大多数的这些提议系统具有较低的流动机制。
这里有几个例外[7,8]，没有一个是混合设计。
因此，具有柔性和可重构制造机器人相关的艺术研究状况主要限于三至五自由度的并联机器人。
尽管这是事实，发展到目前为止最成功的、成熟的、通用的并联机器人是斯图尔特平台（SP），此平台本身具有的六自由度[ 9 ]。
我们相信，研究的可重构机器人系统有超过五自由度,混合动力的优势。
本文提出了一种被称为ReSI-BOT的混合并联机器人，它有6个自由度的可重构的机械臂。
在文献[10,11]中，提出了相关的先进机械臂的设计。
一个主要差异是设计的机械臂具有固有的重构性质，过去的研究设计不具有可重构性。
重构的机械臂设计的优点是大的，它允许在混合链的第一个关节是半活动重构。
关于六自由度并联机器人运动控制系统的结构设计
关于六自由度并联机器人运动控制系统的结构设计运动控制系统作为六自由度并联机器人的关键控制系统，对机器人的精准快速运动具有至关重要的作用。
通过对六自由度并联机器人结构、内部控制结构及其工作原理的介绍，提出运动控制系统的设计思路，并对其中的关键技术问题进行了深入分析，对提高六自由度并联机器人的研发和应用水平具有积极的推动作用。
标签：六自由度；并联机器人；运动控制系统；结构分析近年来，随着计算机和电子信息技术的进步，机器人运动控制技术取得了突破性发展，机器人运动控制技术是将控制传感器、电机、传动机和驱动器等组合在一起，通过一定的编程设置对电机在速度、位移、加速度等方面的控制，使起机器人按照预定的轨迹和运动参数进行运动的一种高科技技术。
伴随着机械工业自动化技术的发展，运动控制技术经过了由低级到高级，由模拟到数字，再到网络控制技术的发展演进过程。
运动控制技术作为机械工业自动化的一项重要技术，主要包括全封闭伺服交流技术，直线式电机驱动技术、基于编程基础上的运动控制技术、基于运动控制卡的控制技术等。
其中，基于运动控制卡的控制技术通过内部各种线路的集成组合，可以实现对各种复杂的运动进行控制，该技术系统驱动程序主要包括：运动控制软件、网络动态链接数据库、运动控制参数库等子系统。
运动控制卡控制技术的出现和发展有效的满足了工业机械行业数控系统的柔性化、标准化要求，在工业自动化领域的应用越来越广泛。
1 六自由度并联机器人的构造六自由度并联机器人作为现代工业自动化技术发展的代表，主要结构包括床身、连杆和运动平台等几个部分。
其中运动平台与六个连杆相联接，每个连杆各自联接一个由虎克材料制成的滑块，这些滑块又与滚珠丝杠相连，在电机的驱动下可以带动滑块沿滚珠运动，进而带动连杆有规则的运动，从而改变平台的运动方向。
通过在运动平台上安装不同的机械，可以有效满足不同工作的需求。
在六根连杆工作程序中，每根连杆都由一台电机进行控制驱动来保证连杆运动的独立性，因此，可以实现六自由度的机器控制运动。
并联六自由度微动机器人机构设计设计
并联六自由度微动机器人机构设计设计摘要为了提高生产效率和焊接质量，满足特定的工作要求，本题设计用于焊接的关节型机器人的手腕和末端执行器。
根据机器人的工作要求进行了机器人的总体设计。
确定机器人的外形时，拟定了手腕的传动路径，选用直流电动机，合理布置了电机、轴和齿轮，设计了齿轮和轴的结构，并进行了强度校核计算。
传动中采用了软轴、波纹管联轴器和行星齿轮机构，实现了摆腕、转腕和提腕的六个自由度的要求。
设计中大多采用了标准件和常用件，降低了设计和制造成本。
关键词：自由度；焊接；手腕19AbstractIn order to improve the production efficiency and welding quality, to meet the specific requirements of the work, the design of this thesis is used for the wrist of welding articulated robot and the end of the actuator. According to the requirements of the robots’work, we make overall design of the robot.When determining the shape of the robot, drawing up the transmission path of the wrist, selecting of DC motor, arranging the motor, the shaft and the gear reasonable, and checking the strength. The transmission apply to flexible shafting, bellows coupling and planetary gear mechanism, achieving to put the wrist, turn the19wrist and raise the wrist to mention the requirements of the six degrees of freedom. The designs mainly use standard parts and common parts, reducing the costs of design and manufacturing.Keywords: degree of freedom; welding; wrist19目录摘要 (I)Abstract (II)第1章前言 (1)1.1 机器人的概念 (1)1.1.1 操作机 (1)1.1.2 驱动单元 (2)1.1.3 控制装置 (2)1.1.4 人工智能系统 (2)1.2 题目来源 (2)1.3 技术要求 (2)1.4 本设计要解决的主要问题及设计总体思路 (2)第2章国内外研究现状及发展状况 (4)2.1 研究现状 (4)2.1.1 工业机器人 (4)2.1.2 先进机器人 (5)2.2 发展趋势 (7)第3章总体方案设计 (9)3.1 机械结构类型的确定 (9)3.1.1 圆柱坐标型 (9)3.1.2 直角坐标型 (9)3.1.3 球坐标型 (9)3.1.4 关节型 (9)3.1.5 平面关节型 (9)193.2 工作空间的确定 (10)3.3 手腕结构的确定 (11)3.4 基本参数的确定 (11)第4章手腕的结构设计与计算 (12)4.1 机器人驱动方案的分析和选择 (12)4.2 手腕电机的选择 (13)4.2.1 提腕电机的选择 (13)4.2.2 摆腕和转腕电机的选择 (13)4.3 传动比的确定 (13)4.3.1 提腕总传动比的确定 (13)4.3.2 转腕和摆腕传动比的确定 (14)4.4 传动比的分配 (14)4.5 齿轮的设计 (15)4.5.1 提腕部分齿轮设计 (15)4.5.2 转腕部分齿轮设计 (22)4.5.3 摆腕部分齿轮设计 (24)4.6 轴的设计和校核 (26)4.6.1 输出轴的设计 (22)4.6.2 传动轴的设计 (27)4.6.3 轴的强度校核 (29)4.7 夹持器的设计 (33)4.8 壳体的设计 (33)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)19CONTENTSAbstract (II)chapter 1 (1)1.1 the concept of the robot (1)1.1.1 CaoZuoJi (1)1.1.2 Drive unit (2)1.1.3 Control device (2)1.1.4 System of artificial intelligence (2)1. 2 Topic source (2)1.3 Technical requirements (2)1.4 This design to solve the main problems of theoverall thinking and design (2)Chapter 2 research situation and development (4)2.1 research status (4)2.1.1 industrial robots (4)2.1.2 Advanced robot (5)2.2 Development trend (7)Chapter 3 overall scheme design (9)3.1 The determination of the mechanical structure types. 93.1.1 Cylindrical coordinates type (9)3.1.3 Spherical coordinates type (9)3.1.5 Plane joint type (9)3.2 the determination of work space (10)3.3 the determination of wrist structure (11)193.4 The determination of the basic parameters (11)Chapter 4 of the wrist structure design and calculation (12)4.1 robot analysis and choose driving scheme (12)4.2 The choice of wrist motor (13)4.2.1 Mention the choice of wrist motor (13)4.2.2A wrist and turn wrist motor choice (13)4.3 Determine the transmission ratio of the (13)4.3.1 Mention the transmission ratio of thewrist always sure (13)4.3.2 Turn wrist and a wrist to determine thetransmission ratio (14)4.4 The transmission ratio of the distribution (14)4.5 Gear design (15)4.5.1 Mention wrist part gear design (15)4.5.2 Turn wrist part gear design (22)4.5.3 A wrist part gear design (24)4.6 Axis of the design and check (26)4.6.1 The design of the output shaft (26)4.6.2 The design of the (27)4.6.3 Axis of intensity (29)4.7 Grippers design (33)4.8 Shell design (33)conclusion (35)thanks (36)And take an examination of the offer (37)19第1章前言1.1 机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。
6自由度控制算法
6自由度控制算法在机器人控制与运动规划中，6自由度（6DoF）控制算法是一种常用的方法。
这种算法可以实现对机械臂或机器人的六个自由度进行精确控制，使其在三维空间内能够实现各种复杂的运动轨迹和任务。
6自由度控制算法的核心思想是：通过对机械臂的关节角度进行精确控制，从而实现末端执行器的运动。
一般来说，典型的6自由度机械臂由6个关节组成，每个关节可以控制一个自由度。
常见的机械臂有工业机械臂、服务机器人臂等。
实现6自由度控制的算法可以分为两个主要步骤：逆运动学求解和控制器设计。
逆运动学求解是根据机械臂的末端位姿（位置和姿态），确定关节角度以实现期望运动。
控制器设计是针对不同的任务需求，设计合适的控制策略以保证机械臂的精确控制和稳定性。
在逆运动学求解方面，一种常用的方法是使用解析解法。
对于六自由度的机械臂，可以通过对正运动学方程求逆，从而得到关节角度与末端位姿之间的映射关系。
一般来说，这种方法可以快速计算出关节角度，但对于一些特殊情况（例如奇异构型）可能无法求解解析解，需要使用数值解法来求解逆运动学问题。
在控制器设计方面，常见的方法包括PID控制、基于模型的控制（如轨迹跟踪控制、力/力矩控制）和基于反馈线性化的控制等。
PID控制是一种经典的控制策略，通过调节比例、积分和微分参数，实现机械臂位置和速度的精确控制。
基于模型的控制方法利用机械臂的动力学模型，通过预测机械臂的运动轨迹或实施力/力矩控制来实现精确控制。
而基于反馈线性化的控制方法，则通过设计非线性转换器和线性控制器，将非线性动力学系统转化为线性系统，从而实现控制目标。
除了逆运动学求解和控制器设计，6自由度控制算法还需要考虑如传感器选取与数据融合、路径规划、碰撞检测和碰撞回避等问题。
传感器可以提供机械臂的姿态和位姿信息，用于控制系统的反馈；数据融合则将多个传感器的信息进行整合，提高机械臂的感知能力。
路径规划是将机械臂的运动轨迹优化为最佳路径，以提高运动效率和精确度。
六自由度并联机器人简介解读
发展与应用
并联机器人简介 并联机构的研究最早可以追溯到1813年，著名数学家 A.Cauchy对结构相连的八面体运动的可能性产生了兴 趣并进行了研究； 十九世纪末工程师已经开始对空间机构进行研究了； 1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种并联机构的 娱乐装置； 1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联 机构，用于汽车的喷漆 1949年Gough采用并联机构制作了轮胎检测装置；
李仕华.几种空间少自由度并联机器人机构分析与综 合的理论研究[D].秦皇岛：燕山大学，2004
发展与应用
我国第一台虚拟轴机床原型样机VAMTIY已由清华大学和天津大学联合开发； 天津大学和天津第一机床总厂合作于1999年研制了三坐标并联机床商品化 样机LINAPOD； 哈尔滨工业大学 燕山大学
李仕华.几种空间少自由度并联机器人机构分析与综合的理论研究[D].秦皇岛：燕山大 学，2004.
发展与应用
1978年，澳大利亚著名机构学家Hunt提出可以应用6 自由度的Stweart平台机构作为机器手的思想； 1979年Mccallino等人首次设计出了在小型计算机控制 下，在精密组装中完成校准任务的并联机器人，从而 真正拉开了并联机器人研究的序幕，越来越多的学者 投入到研究之中； 到80年代末期特别是90年代以来，并联机器人广为注 意，并成为了新的热点，许多大型会议都设多个专题 进行讨论，国际上名的学者有Warldron，Roth， Gosselin，Fenton，Merlet，Angele等。 王海东.并联机器人机构构型与性能分析[D].秦皇岛：燕山大学，2001. 张志涛.Stewart类六自由度并联机构的研制[D].天津：天津大学，2009.
李仕华.几种空间少自由度并联机器人机 构分析与综合的理论研究[D].秦皇岛：燕 山大学，2004.
基于遗传算法的六自由度并联平台的控制_吕彬_董建园
Ps (a j ) =
f (a j )
n
∑ f (a j )
j =1
j = 1, 2," n
该式决定后代种群中个体的概率分布。经
过选择操作生成用于繁殖的交配池，其中父代
种群中体自上而下的期望数目为：
P(a j ) = n • Ps (a j ), j = 1, 2," n
杂交：采用算数杂交法[8]。操作对象一般是
机电控制及自动化。E-mail:774779847@
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
引言
六自由度并联平台是一种由运动系统、液 压动力源及计算机控制系统等部分组成的大型 实验设备。主要用于并联机床、机器人、飞行 模拟器、航空航海设备、测量及微动机构、高 速列车及公众娱乐设施项目中[1]。图 1 为六自由 度并联平台样机。
Abstract：The single channel electro-hydraulic servo system is a system with nonlinear and time-varying, and has a small damping ratio, parameter varies a lot, high degree of nonlinear characteristics .The traditional PID control is hard to meet the requirements of the control precision of 6-DOF parallel platform. In order to meet the requirements of system control accuracy,this paper uses a genetic algorithm to optimize the parameters of PID controller ,in the mathematical model of single channel electro-hydraulic servo system. The simulation results show that the performance of the control system has improved a lot, proved the feasibility and effectiveness of the improved algorithm, overcame the drawback of traditional PID parameters setting time consuming, provided the effective method to deal with the practical problem and the adaptive (robustness) also has improved.
6DOF并联机器人路径规划设计
6DOF并联机器人路径规划设计作者：张兆印陈超惠丽来源：《数字技术与应用》2011年第09期摘要：对6DOF并联机器人运动行程与速度进行了分析，采用结构化方法对机器人控制过程完成设计，归纳并定义了10个相应函数，实现了机器人控制过程的模块化。
将这些函数分别进行编译，生成可执行的命令文件就可完成机器人的控制过程，以减少程序设计的负担。
此方法使用VC++仿真并得以验证。
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)09-0134-021、引言机器人的路径规划问题均采用了面向过程的方法实现[4][5][6]，这对控制极为不便，虽早已开发了机器人语言VAL、SIGLA、IML和AL，但它们的使用具有一定的局限性，并不适合本文所提及的并联机器人，那么如何减少编程又可实现对机器人的控制问题就摆在了我们的面前，本文就是从这个角度出发来完成的。
2、路径规划函数的建立路径规划问题的解决是由若干个相关的函数[2]来完成的，下面就这些相关函数分别进行分析与设计。
为了描述路径规划问题中的算法，在上（动）、下（固定）平台各建立一个坐标系，机器人的机构及坐标系建立见参考文献[1]。
2.1 上平台各饺点静态空间位置设定函数有了机器人的机构和坐标系建立后，上平台各铰点坐标分别为A1（-125，-，0），A2（，-125，0），A3（250，0，0），A4（0，250，0），A5（-125，，0）和A6（-，-125，0）。
void upper_plat_form ( ){double upperR[6][3]={ }; //存放上平台各铰点坐标}2.2 下平台各饺点静态空间位置函数下平台各铰点坐标为：B1（0，-275，0），B2（137.5,-,0），B3（,137.5，0），B4（137.5，，0），B5（-，137.5，0）和B1（-275，0， 0）。
void lower_plat_form ( ){double lowerR[6][3]={ } //存放下平台各铰点的坐标}2.3 机械手运动起点位姿参数的设定void Starting_position_and_posture ( ){double spointX，spointY，spointZ，spointalfa，spointbeta，spointgama// spointX，spointY，spointZ 为起点坐标// spointalfa，spointbeta，spointgama 为旋转的角度（相对于O－XYZ）}2.4 机械手运动终点位姿参数的设定void End_pose( ){double epointX，epointY，epointZ，epointalfa，epointbeta，epointgama}// epointX，epointY，epointZ为机械手终点坐标// epointalfa，epointbeta，epointgama 为旋转的角度（相对于O－XYZ）2.5 机械手沿三个方向移动的距离函数void movement_distance（）{ double Location_distance[3], Rotation[3];Location_distance[0]=epointX-spointX;//计算机械手沿x,y,z三方向移动的距离Location_distance[1]=epointY-spointY;Location_distance[2]=epointZ-spointZ;Rotation[0]= epointalfa- spointalfa; //计算机械手沿x,y,z三方向旋转的角度Rotation[1]= epointbeta - spointbeta;Rotation[2]= epointgama - spointgama;}2.6 坐标转换矩阵函数完成从动坐标系的坐标转换成定坐标系的坐标，其中用的参数有epointalfa, epointbeta, epointgama, epointX, epointY, epointZ，它们分别为机械手在运动过程中的位姿参数。
六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制
粒子群优化算法是一种基于群体 行为的优化算法，通过模拟鸟群 、鱼群等生物群体的行为规律来
进行优化。
在机器人运动优化中，粒子群优 化算法可用于优化机器人的运动 轨迹，以实现更快速、更准确的
目标跟踪和路径规划。
粒子群优化算法具有实现简单、 收敛速度快、对问题规模和类型 的要求较低等优点，但也存在容
易陷入局部最优解的问题。
基于差分进化算法的优化方法
差分进化算法是一种基于种群分化的进化算法，通过模 拟生物种群中的基因变异和选择过程来进行优化。
在机器人运动优化中，差分进化算法可用于优化机器人 的运动轨迹，以实现更稳定、更准确的目标跟踪和路径 规划。
差分进化算法具有较好的全局搜索能力和较高的计算效 率，适用于处理多变量、高维度的问题，但在处理复杂 问题时可能存在局部最优解的问题。
机器人运动学方程
其中，x和y是每个质点的位置，θ是每个伺服电机的角度，下标dot表示对时间进 行微分。
这个方程组包含了6个方程，每个方程对应一个伺服电机的运动学关系。通过这 个方程组，可以计算出每个质点的位置和速度，从而实现对机器人轨迹的跟踪和 控制。
03
机器人运动优化算法
基于遗传算法的优化方法
研究内容与方法
研究内容
对六自由度串联机器人的运动优化与轨迹跟踪控制问题进行 研究，包括动力学建模、运动规划、控制算法设计等。
研究方法
采用理论分析与实验验证相结合的方法，首先建立六自由度 串联机器人的动力学模型，然后进行运动优化与轨迹跟踪控 制算法设计，最后通过实验验证算法的有效性和优越性。
02
六自由度串联机器人结构 与运动学
。
通过对六自由度串联机器人进 行运动优化与轨迹跟踪控制研 究，可实现更高效、精确、稳
六自由度并联机器人运动学分析和计算
・ ;: ・
《机床与液压》Q##RV ,)VR
（/）作动器的行程、速度和加速度与系统综合质 心的位置无关，仅与系统的五个结构参数有关。 （(）在运动幅值相同的情况下，三个方向转动 中，横摇与纵摇运动所需作动器的行程、速度和加 速度较大，且值相近。 （’）在运动幅值相同的情况下，三个方向平动 中，升沉运动所需作动器行程、速度和加速度最大， 横移和纵移运动所需作动器行程、速度和加速度较 小，且值相近。变，体坐标与 静坐标存在一个齐次变换矩阵，通过齐次变换矩阵 可求出作动器的上铰点在静坐标系中的坐标，根据 作动器上下铰点在静坐标系中的坐标，即可求出作 动器的长度。 上下铰支点间距离可通过公式（’）可得到。 ’( 1
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（ *)( 2 +)( ） ! )1’
（ ( 1 ’，-，…，)） （’）
（/ # 2 $ ）规律旋转
通过比较各种运动情况下作动器的伸缩量，可得 到如下结论： 在运动幅值相同的情况下，三个方向转动中，横 摇与纵摇运动所需作动器的行程较大，且值相近。三 个方向平动中，升沉运动所需作动器行程最大，横移 和纵移运动所需作动器行程较小，且值相近。 另外，作动器的行程与系统综合质心的位置无关， 仅与五个结构参数有关。 （ ’）各作动器速度及加速度：
六自由度并联机器人运动学分析和计算 !
赵 慧，韩俊伟，张尚盈，赵 强，李洪人 （哈尔滨工业大学电液伺服仿真及试验系统研究所，!"###!）
六自由度并联机器人控制系统设计
六自由度并联机器人控制系统设计六自由度并联机构是当今机器人领域的研究热点，从六自由度并联机器人平台硬件搭建与位置控制两个部分，提出了一种六自由度并联机器人控制系统的设计方案，通过对其空间位置与运动进行分析计算，同时结合限位开关、编码器等传感器对其实际位置进行实时反馈，最终实现机器人平台系统的位姿控制。
标签：六自由度并联机器人；空间位置；控制系统开发；硬件搭建doi：10.19311/ki.16723198.2017.11.0930引言并联机构机器人系统具有结构紧凑、刚度大、无累积误差、精度较高、动态响应好、承载能力大等诸多优点，现在已经广泛地应用于医疗、航空航天、娱乐、物流、机床设计等领域。
本文以六自由度并联机器人为例，从硬件平台搭建入手，通过电气线路规划、控制设备布局到建立控制器与上位机通讯、空间位置运动计算等，设计出一种六自由度并联机器人的控制系统整体方案。
1硬件系统搭建设计1.1硬件系统介绍1.1.1机器人系统平台本体本文所选用的六自由度机器人系统平台本体为格吉机电科技有限公司PT-028型号的六自由度并联机器人，如图1所示。
其中下平台为定平台，固定在基座上，上平台为动平台，平台之间由六个电动缸构成的六个运动轴通过铰链连接，上位机通过程序控制运动控制器，进而控制伺服执行系统，改变六个电动缸的行程实现系统平台六自由度的运动。
1.1.2伺服执行系统伺服执行系统由六组伺服电动缸与伺服驱动器组成，伺服执行系统的功能是将控制器发出的控制信号进行处理放大转化为驱动信号，执行具体的控制动作。
1.1.3运动控制器由于六自由度机器人系统平台需要同时控制六个轴的运动并处理来自限位开关与编码器的反馈信息，所以运动控制器需要强大的运算与处理能力。
在该设计中，运动控制器只要包括以下两个方面的作用：（1）伺服控制部分：现平台系统的启动、停止，对六个电动缸伺服电机进行运动控制、接收来自上位机的位姿控制信号、实时监控系统平台的运动与工作状态。
6-DOF并联机器人并行控制算法与优化
6-DOF并联机器人并行控制算法与优化
张兆印
【期刊名称】《计算机工程与设计》
【年(卷),期】2007(28)13
【摘要】为了实现对6-DOF并联机器人实时在线控制,并能取得良好的控制效果,对其运动控制算法的结构进行了深入剖析与研究,尤其对上平台中心的运动速度和角速度的计算及液压缸各杆的伸长速度计算矩阵进行了细致的研究,提出了并行算法及CPU的优化分配策略,大大提高了并联机器人的实时控制质量.
【总页数】3页(P3182-3183,3282)
【作者】张兆印
【作者单位】黑龙江大学,计算机科学技术学院,黑龙江,哈尔滨,150080
【正文语种】中文
【中图分类】TP24
【相关文献】
1.基于粒子群优化神经网络自适应控制算法的并联机器人仿真研究 [J], 朱龙英;成磊;郑帅;陆宝发;赫建立
2.6-DOF并联机器人控制算法结构化分析与设计 [J], 张兆印
3.6-DOF并联机器人逆运动模型高效算法及其并行处理 [J], 王常武;韩佩富
4.并联机器人力控制算法实时并行处理 [J], 孔令富;韩佩富;黄真
5.改进的6-DOF并联机器人Lagrange动力学模型及其并行处理 [J], 王常武;孔令富;韩佩富;赵立强
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一种6DOF并联机器人的远程控制仿真
一种6DOF并联机器人的远程控制仿真
温奇咏;马广程;王常虹
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2005(17)6
【摘要】提出一种基于Internet的六自由度并联平台的实时远程控制框架。
该框架结构主要包括控制台和远程操作器,以及控制流、指令的传送机制和相应的控制流管理器。
针对Internet上数据传输时间延迟的不确定性等难题,引入控制流管理器以提高系统实时能力并减小延迟抖动。
系统仿真结果显示,提出的控制框架能够有效提高远程操作的实时能力。
【总页数】3页(P1528-1530)
【关键词】控制流;远程操作;并联机器人;Internet
【作者】温奇咏;马广程;王常虹
【作者单位】哈尔滨工业大学控制科学与工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.一种新型并联灌注机器人动力学分析与仿真 [J], 杨会; 房海蓉; 方跃法
2.一种三平移并联机器人的仿真研究 [J], 黄剑文
3.一种三自由度并联机器人运动控制系统性能分析及仿真 [J], 路博凡;张若平;韩家哺;钱仲楷
4.一种三自由度并联机器人运动控制系统性能分析及仿真 [J], 路博凡;张若平;韩家哺;钱仲楷
5.一种四自由度并联机器人的运动性能分析及仿真 [J], 胡琼琼;伞红军;陈久朋;谢飞亚;陈中平;李鹏宇
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１．２运动参数的分析
下面给出Ｋ、Ｋ、Ｋ和∞。、脚、０９，的求法。 在规划级上首先输入机器人运动的参数。这些参数包括：
上平台中心终点坐标参数（相对于固定平台ｋ，弘，昂，％， 屏，始；上平台中心起点坐标参数（相对于固定平台ｋ，ｙｂ，磊，‰
肪，如；各方向的加速度值ａ¨，各方向的减加速度值ａ２，，ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ；Ｚ 方向的最大速度值ＶＭＡＸｚ。 根据上述已知条件和物理学运动公式可进行下列计算： Ｚ向在加速度和减加速度阶段所需时间为：Ｔｚｌ＝ＶＭＡＸｚ／ ａｋ，Ｔｚ３＝ＶＭＡＸｚ／ａ。。Ｚ向在匀速（Ⅵ“ＡＸｚ）阶段所需时间为：
基金项目：中国科学院机器人开放实验室基金项目（ＲＬ２００２—０７）。
作者简介：张兆印（１９５５－－），男，黑龙江五常人，硕士，副教授，研究方向为机器人技术、并行计算。 一３１８２一
万方数据
并且Ａ矩阵中
ｔ特一等等，玎老专
ＪＦ睇ｍ，ｎ，］，ｒ２Ｆ［ｘ＇２，ｙ＇２
『
０ ０
完成，∞。，（－ＯＢ，ＣＯ，分配给ＣＰＵ２计算，只需传送角速度与角加速度 值给ＣＰＵ２；ＣＰＵ２完成计算后送给ＣＰＵｌ即可。使两部分并行 计算，可提高一倍的计算效率。分配方案如图２所示。
ｕＪ Ｌ２１瓦而瓦百可酉ｐ ９以妣 Ｌｉ－＝［器器芸甏茜茜ｋ巧Ｋ∞。０９０ ｃｏｙｌ］ｃ２，
式中：Ｘ。、ｙｏ、ｚ。、Ⅱ、Ｂ、１ｒ＿上平台运动过程中的位姿参数。
Ｋ、Ｋ、圯和０９。、∞。、∞厂＿上平台中心分速度值，和角速度值。
其中一阶偏导数矩阵［器器尝舞券茜］为
ｍ．ｎ。
ｂ。］．［Ｒ。］．［ｒ２ｔ］ Nhomakorabea［ｓ。］．［Ｒｐ］・ｋ一］ ［Ｓ：］．［Ｒｐ］・［场］
辫 灞
图３
玉
潘
参考文献：
［１］
Ｒｏｇｅｒ Ｓ ２６７．２６８．
用户、角色、权限和数据的关系
Ｐｒｅｓｓｍａｎ．软件工程［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００４：
基于角色的权限管理模型方法引入角色的概念，安全管 理人员根据需要定义角色、设置权限，用户根据出事再被指派 不同的角色。这样，就可以实现用户与访问权限的逻辑分离。 我们提出的权限和访问集中管理模型就是基于角色的权 限管理模型，对权限进行集中管理，并结合用户的实际情况， 在信任与授权服务平台支持基础上提供业务信息流处理过程 中的操作权限的分配和控制旧。
与研究，尤其对上平台中心的运动速度和角速度的计算及液压缸各杆的伸长速度计算矩阵进行了细致的研究，提出了并行 算法及ＣＰＵ的优化分配策略，大大提高了并联机器人的实时控制质量。 关键词：并联机器人；并行计算；计算机控制；控制算法；机器人技术 中图法分类号：ＴＰ２４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００．７０２４（２００７）１３—３１８２—０２
６－ＤＯＦ并联机器人是一种新型机器人，结构如图ｌ所示。 它由一个活动平台、一个固定平台和６个液压缸组成，在活动 平台中间安装机械手。当６个液压缸伸缩时，位于上平台中心 的机械手就可以随着活动平台的移动而移动，这样就可以对 工件进行加工了。并联机器人和串联机器人相比，具有许多 优点和互补性，但就目前来说国内外均未进入到工业应用阶 段，通过文献［８］可以解决机器人的控制问题，但其计算量大， 算法复杂，通过对并联机器人样机的研制，解决了并联机器人 的运动控制问题，按传统的方法，在实现时采用了离线计算在
第２８卷第１３期
Ｖ０１．２８ Ｎｏ．１ ３
计算机工程与设计
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ
２００７年７月
Ｊｕｌｙ ２００７
６－ＤＯＦ并联机器人并行控制算法与优化
张兆印
（黑龙江大学计算机科学技术学院，黑龙江哈尔滨１５００８０）
摘 要：为了实现对６－ＤＯＦ并联机器人实时在线控制，并能取得良好的控制效果，对其运动控制算法的结构进行了深入剖析
形＝（Ｔ＋ｍ｝国土√ｒ＋斫。＋盔一２０。寸啦Ｊ＋忽＋乱＋％）／白。施）（ｉ同上）
ｎｄＴ＋‰十ａ：＾／Ｐ＋斫，４砖一２Ｑ。加０＋岛＋‰｝ｎ：施。加Ⅸｉ，九同上）
在减加速度阶段的速度值为
７ｉ１１
Ｋ＝√砌别砰一２＂ａ２，＋假一岛，）（ｉ同上，岛。为上平台中心从起点
开始移动的距离）
生成见皿，氧Ｒ，矩阵
传岛和Ｒ，矩阵
．
０９尸√朐别砰一２＋口２。＋＠一＆，）（ｉ，九同上）
即可求得并联机器人６个液压缸的伸长速度值可按下式 计算出来 ［三ｊ
三乞 三Ｉ 三－ ￡：
耐算Ｉ－，ｍ…㈣，和并生成ｓ・矩阵
传ｓ，矩阵
Ｊ
Ｉ一
‘。
牛成Ａ矩阵第ｊ行 传Ａ矩阵５．６列
计算蠹
计算Ｍ。
［蝴
［蝴
三ｔ］１＝［４］ｓ。ｓ［歧
Ｋ
虻∞。∞口∞Ｊ７（４）
１并联机器人运动控制的并行算法 １．１运动控制算法
在文献［１］中，我们已给出了六自由度并联机器人的运动 位置，速度算法分析的全过程，所得结果如下： 各路液压杆的伸长值为
Ｌ＝√Ｇ：一工，）２＋◇：一Ｙ。）２＋（ｚ：一ｚ。）２
坐标系下的坐标。 液压杆伸长的变化速度为
ｉ＝１，２，…，６
（１）
式中：（ｘ。’，Ｙ。’，Ｚｉｔ）和（‰Ｙ。，Ｚｉ）——上平台与下平台各铰点在固定
１．３并行算法与任务的化分策略
机器人控制算法的核心是计算液压杆的伸长速度值，而 液压杆的伸长速度依懒于Ａ矩阵和上平台中心的速度和角速 度值Ｋ，巧，Ｋ，０９。，郇，∞，的计算。 对于圪，Ｋ，Ｋ，０９。，∞岛国，的计算，因为只要给了初始条件，就 可以计算出各阶段相应的值，计算量大且较复杂。经过分析， 这些算法相互独立。为了加快计算的速度，实现实时控制，将
５００８０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｏ ｔｈｅ ６－ＤＯＦ ｐａｒａｌｌｅｌ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏ ｉｔｓ
ｒｅａｌ．ｔｉｍｅ ｏｎ—ｌｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
ＬＲｙＪ＿ｌ ｃａｔｓ，一ｓａｓｆｌｓ？， ｌ ｃａｃｆｌｃｙ＋ｓａｃ７ 其中：Ｃ＝ＣＯＳ，ｓ＝ｓｉｎ。
Ｊ
对于矩阵Ａ是一个６×６的矩阵，它的计算速度也直接影 响到对机器人的控制效果。在该样机的研制开发中采用了离 线计算在线控制的策略，其方法是在实施控制之前首先给出 机器人的运动规划，并按照运动规划计算出各液压杆的伸长 速度和伸长值，存入计算机的存储区中，即离线计算。对于控 制端从这个存储区中读出数据来完成机器人控制。这种策略 虽说可行，但不能实现实时控制的要求。 文献［２］和文献［３】中给出了并行算法设计的方案。实现 了实时控制，但效果并非是最佳。通过分析，这个矩阵的前３ 列只是各完成一次减法运算和一次除法运算，相对比较容易 和快捷。第４～６列计算量大、复杂，且相对独立。但后３列的 计算又依赖于前３列的结果。也即需要计算＾，ｍ。，胛，来构成相
万方数据
基础，减轻了管理负担。该模型主要有以下特点： ・模型主要阐述了角色概念及授权原理，权限的分配和 授权以角色为中心。 ・权限管理通常包括授权、验证、监控和审计，而该模型 着重于角色授权。 ・访问控制不仅控制用户可以使用的权利，而且控制用 户应该履行的义务。 ・角色用于组织大量用户权限规范，以减轻管理的负担。 通过引入角色的概念，对权限的管理就可以以角色做中 介，并且可以通过角色来实现权限的继承关系。因此，用户、 角色、权限和数据的关系可以简单表示，如图３所示。
［ｓ，］‘［Ｒ，］．［ｎ。］ ［Ｓｚ］．［Ｒ，］‘［Ｐ２ｚ］ （３）
ｍ：”：［ｓ：］．哝。］．［Ｆ２２］
图１
６－ＤＯＦ并联机器人结构
Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｚｙｌ０２５４８３＠１６３．ｃｏｍ
ｍ。
ｎ。
［ｓ。］・［Ｒ。］．［ｎｓ］
［Ｓｓ］・［ＲＢ］．［ｒ２ｓ］
［ｓｓ］．［Ｒ，］．［ｎｓ］
收稿日期：２００６—０６—０２
ＣＰＵｌ
速度及角速度：Ｋ＝√２・ｍｔ＆，（ｉ＿ｘ，ｙ＇ｚ），其中Ｏｌｚ为加速度阶段各
向的加速度值，＆为上平台中心各向的液压杆伸长值（此值在
运动过程中是变化的）。∞尸√２＋ａｌｌ＊＆，（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ，九可，Ｂ，曲，ａｌｉ为加
速度阶段的各向的角加速度值，Ｓ同上。 匀速阶段，即以最大速度和最大角速度运动的求法
ａｒｅ
ｍｏｖｅｍｅｎｔ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｈａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｈｅ ｃａｒｅｆｕｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｐｌａｔ—
ｆｏｒｍ ｃｅｎｔｅｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｇｕｌａｒ ｓｐｅｅｄ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｐｏｌｅｓ ｅｌｏｎｇａｔｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃａｌｃｕ—
Ｎ
ｉ“
；＝蔓， —丛一；芝
Ｙ
计算６个鑫ｋ杆的速度值
对机器—妥时控制
。……．』．……。……。。＋
图３ Ａ矩阵并行算法与任务分配 （下转第３２８２页）
一３１８３—
这６个值的计算分成两部分Ｋ，巧，Ｋ和∞。嘶，０９，，其中Ｋ，巧，Ｋ的 计算只与速度和加速度有关，而０９。，嘶，嘶的计算只与角速度和 角加速度有关，且这两部分计算量均衡，Ｋ，巧，圯分配给ＣＰＵｌ
Ｉ
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一ｓａｃｆｌｓ？ｓ∞归０ Ｊ ｃｆｌｃ），０ 一ｓａｃｆｌｓｒ ｃａｓｆｌｓ７一ｓａｓ７
计算Ａ矩阵
ｒ————————一
计算ＣＯ。，嘶，∞，
【一ｃａｃｆｌｃ？，ｃａｃｆｌｓ？，
一啦ｙ
０］
０ ０
图２
Ｋ，巧，Ｋ和ＣＯ。，嘶，∞，并行算法与任务分配