四自由度delta机器人机械控制系统开题报告

六、已查阅的主要参考文献: [1]IFR.World Robotics 2010 Report[R].2010:6-12，107-120,345-353. [2]德国 KUKA 公司.世界上最大的工业机器人 KR1000Titan[J].机械工程师.2008(7):11-12 [3]宋慧欣.今日 ABB 机器人在中国[J],自动化博览.2010(1):36-37. [4]Z.Mohamed,J.M.Martiins,M.O.Tokhi.Vibration control of a very flexible manipulator system[J].Control Engineering Practice. 2005(13):267-277 [5]成大先.机械设计手册 （第五版） 第 3 卷[G].化学工业出版社.2007:10-218， 10-220， 10-245. [6]Dirk Goossens.Wind tunnel calibration of the USGS dust deposition sampler:Sampling effciency and grain size correction[J].Aeolian Research.2010(2):159-170. [7]Jianqiu Zhang,Yong Yon.On-line continuous measurement of particle size using electrostatic sensors[J].Powder Technology. 2003(135-136):164-168. [8]王才东，王新杰，王辉等.四自由度机器人控制系统设计与研究［J］． 计算机仿真，2013， 30( 9):349－353. [9]张明伟，陈江义，宋雪枫.四自由度并联机器人控制系统研究［J］．机床与液压，2011， 39( 8):83－85. [10]KUKA Roboter GMBH.KUKA Typenübersicht[R].KUKA Roboter GMBH.2011 [11]Carlos Rodriguez-Donate,Luis Morales-Velazquez,Roque Alfredo Osornio-Rios. FPGA-Based Fused Smart Sensor for Dynamic and Vibration Parameter Extraction in Industrail Robot Links[J].Sensors.2010(10):4114-4129. [12]国内工业机器人市场及发展趋势[R].模具工程.2010(8):24-26.
坐标值，按照一定原则形成控制电机的电流指令值。 4、对并联机构支路控制器设计进行探讨，对不同的控制算法进行分析和比较，从而优化 轨迹。四自由度 delta 机器人在实际控制时使用的轨迹参数可以在 ADAMS 环境中仿真获取。轨 迹规划时， 首先将并联机构的三维模型导入 ADAMS 软件， 使并联机构的动平台处在零坐标位置， 然后让动平台做合成运动。 5、对应用程序进行编写，利用 OtoStudio 软件设计控制系统。 自动化软件开发平台：OtoStudio 编程软件。OtoStudio 是一种基于 IEC61131-3 的标准编 程工具。OtoStudio 不仅功能和结构先进，而且易于掌握，已成为自动化产品市场上名列前茅 的编程工具。其功能如下： OtoStudio 软件控制
外对此类型 delta 机器人的研究现状。 Pierrot 和 Company 在 1999 年提出四自由度 H4 并联机构，在原有 delta 机器人的分支运 动链中加装了一个和动平台垂直的转动副，从而在 delta 机器人原有的三个移动自由度外，又 获得了一个转动自由度，Rolland 在 1999 年运用类似于 delta 机器人的设计方法，即平行四 边形法设计出两个并联机构 Kanuk 和 Manta 它们具有一个转动和三个平动自由度； 燕山大学黄 真和赵铁石在 2000 年综合出一种分支中不含闭环子链的对称四自由度 4-UPU 并联 delta 机器 人结构，动平台通过四个 UPU 运动链与固定平台相连可实现三平移一转动的自由度。同年，赵 铁与黄真又综合一种具有同样自由度的 4-URU 机构。 2008 年段建国与郭综和提出了一种 4-PPT 并联 delta 机器人结构，它具有更加灵活的装配方式，四个驱动器置于下平台，可有效地改善 机构运动学和动力学性能。2010 年吕光辉等采用在上下平台间增加约束支链的方法提出一类 基于并联平台的新型 3RPC+RTPTR 并联 delta 机器人机构。该机器人以三平移并联机器人为主 体，在静平台与动平台之间增加一附加支链 RTPTR；与普通的并联机构相比，该机器人以附加 支链的旋转轴作为机器人的输出，具有三平移一转动的四个自由度。 在控制方面， 目前推向实用化的 delta 机器人在控制上基本还沿用串联机器人的控制策略 和系统。一个原因是，针对串联机构机床和机器人发展起来的传统控制体系及关键技术已经发 展到较高的水平。另一个原因是，还没有为 delta 机器人开发出独特的硬件结构和控制体系， 被认为是 delta 机器人难以挥优势的一个主发要原因。 目前的 delta 机器人采用运动控制的占 绝大多数，由于只需要通过简单的运动逆解即可生成控制命令，运动学控制具有简单、易实现 的特点，因此运用非常广泛。但该方法不能对机器的动力学特性实施主动和及时的控制，在告 诉运动情况下无法保证很高的运动控制精度。为实现高速、高精度运动，需要建造动力学控制 系统，对机器的动力学特征实施有效控制。但从目前研究来看，只有少数取得了比较理想的控 制效果，二大多数研究处于实验阶段。 三、本课题的研究内容： 1、通过文献查阅了解国内外对四自由度 delta 机器人相关领域的研究现状和存在的一些 问题。 2、阐述四自由度 delta 机器人的特点，对控制系统的构成进行分析。 3、对四自由度 delta 机器人的控制系统进行研究，设计控制系统的硬件部分。 控制系统硬件选型如下表： 装置名称 伺服电机 数量 4 型号 MSMJ012G1U 相关参数 额定功率：300W 额定转速：3000r/min 额定转矩：0.96N·m 额定电压：200V 供电电源：200V（单相） 额定电流：5A 调速范围：0~额定转速 速度变动比对： -15%~+10% 频率：50/60Hz
初始化
示教
自动运行
监控
文件管理
参数设置
编辑
通讯
出错处理
I/O
轨迹规划
伺服系统 OtoStudio 支持六种编程语言： IL、 LD、 FBD、 SFC、 ST、 CFC。 FBD 语言 （Function block diagram， 功能模块化）：一种图形语言，广泛应用在工程工业中。ST 语言（Structured text，结构化 文本）：一种高级文本语言。SFC（Sequential function charts，顺序功能流程图）：是一 图形化语言，可对复杂的过程或操作由顶到底地进行辅助开发。 四、本课题研究的实施方案: 1、选择最优的结构方案，运用 Solidworks2010 进行实体造型设计。并进行运动仿真，修改不 合理部分。 2、轨迹优化过程。 3、伺服电机选型、伺服驱动选型（松下）、减速机选型、控制平台的选型（固高）。 4、控制系统的设计、控制软件 OtoStudio 软件设计、应用程序的编写。 5、说明书：完成一份 10000 字以上的设计计算说明书，设计计算说明书中涉及参考文献不少 于 10 篇，其中外文文献不少于 2 篇。 五、进度安排： 第一周~第三周 ：查阅不少于 10 篇的相关资料，其中英文文献不少于两篇，完成开题报告； 第四周 ： 完成不少于 5000 英文印刷符，且与选题相关的文献翻译工作； 第五周~第六周 ：完成折合不少于 5 张 1-2#图纸设绘工作量； 第七周~第九周 ：完成一份 10000 字以上的设计计算说明书，设计计算说明书中涉及参考文献 不少于 10 篇，其中外文文献不少于 2 篇。
电机
电机
电机
电动推杆
电动推杆
电动推杆
电Байду номын сангаас推杆
直 线 位 移 传 感 器
直 线 位 移 传 感 器
直 线 位 移 传 感 器
直 线 位 移 传 感 器
同时实现旋转功能 上位机为计算机，用于系统监控与作业管理，实现对各关节点的协调控制。下位机采用固 高公司的控制器。转接板输出信号主要用于外围控制。伺服系统部分通过差补运算得到各部分
伺服驱动器
4
MADKT1507
控制平台 减速器
1 1
固高 Cpac-otobox-uct 2h-4pv-m23 减速比：30
控制系统结构图如下：
计算机 轨迹规划 期望位置 位 置 给 定 + -
Googol 控制器
转接板
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
伺 服 驱 动 器
电机 并 联 机 构
毕 业 设 计（论 文）
题 目
四自由度 Delta 机械控制 系统设计
姓 学
名 号
李康 1110100c19 机械工程学院 11 机设 2 王君 年 月 日
所在学院 专业班级 指导教师 日 期
毕业设计（论文）学生开题报告
课题名称 课题来源 学生姓名 李康 四自由度 delta 机器人机械控制系统设计 课题类型 学 号 CX 1110100c19 指导教师 专业班级 王君 11 机设 2
一、本课题的研究目的及意义： 机器人技术的发展和应用极大的改变了人们的生产生活方式， 不仅能够帮助人们完成单调 重复的工作，而且能在危险恶劣的环境下完成复杂的操作。然而，随着工作要求的不断提高， 传统的串联机器人往往存在运动惯量大、刚度低、误差累计等缺点。并联机器人的出现刚好弥 补了这些不足。与传统的串联机构相比，并联机构的零部件数量少，因而其制造和库存备件成 本相对较低， 容易组装和模块化。 并联机器人是一类全新的机器人， 它具有以下几个优点： （1） 刚度质量比大。(2)动态性能优越。（3）运动精度高（4）结构紧凑灵活性强(5)使用寿命。并 联机器人的这一系列有点与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系， 因而扩大了整 个机器人的应用领域。 近年来还研究将它用作虚拟 6 轴加工中心， 以及毫米级的微型机器人等， 可以预见这类机器人在 21 世纪将有广阔的发展前景。 并联机器人从出现到研究至今已经有八十多年的历史，其中 delta 机器人被称为“最成功 的并联机器人设计”，Delta 并联机器人最早是在 1985 年由 R.clavel 提出的，因其基座平台 和运动平台都呈三角形形状而得名。Delta 机器人作为并联机构的一种，具有上述的诸多优点 和各种可能的应用， 是目前商业应用最成功的机器人之一。 目前应用最广泛的是三自由度 delta 机器人，虽然四自由度 delta 并联机器人不多，但在工业应用却非常普遍。四自由度除了有上 述优点外比较三自由度而言， 它多一个自由度， 这就意味着四自由度 delta 机器人多一个电机， 所以它具有更优越的速度和灵敏度， 而本课题研究的是四移动一转动的四自由度 delta 机器人 分，与三自由度最重要的不同就是在四个臂移动的同时多一个旋转运动，能实现更多方向的功 能要求，但相反的由于多一个电机和旋转运动，所以它的机械结构比三自由度 delta 机器人更 加复杂，控制系统更加繁琐。 本课题对四自由度 delta 机器人的控制系统进行了研究，设计适合实际应用的四自由度 delta 机器人控制系统，在分析实验结果的基础上，改变控制参数与控制策略，提高控制系统 的控制品质，来实现对控制系统的优化。delta 机器人控制系统的设计是整个机器人设计的重 要环节，主要分为三个部分：控制系统的硬件设计、支路位置控制器的设计和控制系统的软件 实现。硬件设计包括伺服电机的选型，减速机的选型和控制平台的选型等；位置控制器的设计 轨迹优化，控制算法和控制器的设计；软件实现包括对控制软 OtoStudio 进行功能了解并运用 OtoStudio 软件对四自由度 delta 进行控制系统设计。 二、国内外研究现状： 目前四自由度 delta 机器人主要有两大类：一类是结构完全对称的并联机构，但是支链是 由链两杆以上的杆件组成，这就造成运动副难以选取，运动性能差，不易控制；一类是：由不 同支链结构组成的非对称并联机构；在实际应用中四自由度 delta 机器人可分为三大类：四移 动一转动、两转动两移动和三移动一转动。本课题研究的是四移动一转动的类型，下面是国内