基于球面并联机构腰关节的控制系统开发.pdf

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1、基于球面并联机构腰Or-节的控制系统开发口荣誉口董丽涛口张典范1．燕山大学重型机械研究院河北秦皇岛0660042．河北科技师范学院河北秦皇岛066004摘要：针对基于球面并联机构腰关节的特点，开发了一个基于PMAC多轴控制器的控制系统。介绍了PMAC—PCI多轴运动控制器的特点．设计了控制系统的硬件结构和软件实现，设计满足要求。关键词：控制系统PMAC控制器球面并联机构中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)10—0039—02仿人机器人是当前机器人领域的主要课

2、题⋯。三在的球面半径最大；连接中间转轴的3个转动副的参考分支非均匀分布球面三自由度并联机构适合作为仿人中心所在的球面半径次之；连接运动平台的3个转动副机器人腰部机构，并联机构可以把驱动电机布置在同的参考中心所在的球面半径最小。这种设计的工作空一个平面上，降低机器人重心，而且并联机构没有累积间能够满足腰关节的要求，刚性大，承载能力高。采用误差，可以提高传动精度l2I。这样设计出来的腰关节更双面支撑虽然增大了机构的刚性和承载能力，但却增加接近于人体腰关节，使仿人机器人腰部的运动学和加了转动副之间的相互

3、干涉，同时也加大了外形尺寸；力学性能都很好，因为腰关节在协调整个仿人机器人而9个转动副的参考中心分布在3个不同半径的同心球的运动过程中起着关键作用。本文研究了由PMAC多面上又避免了转动副之间的相互干涉。机构的各分支轴控制器实现的基于球面并联机构腰关节的控制系连杆采用圆弧过渡，且运动平台在3个分支的外侧，这统，实现了对其的高精度控制。样能避免连杆之间的干涉。1腰关节的机械结构2控制系统硬件结构设计腰关节机构原型三分支非均匀分布球面三自由度控制系统可分为硬件平台和软件平台两大部分。并联机构是一种新型

4、的球面三自由度并联机构，如图1软件平台为：以Windows为操作平台，以VisualC++所示。它由固定平台、运动平台和3条分支组成，其中3为编程语言编制控制系统的软件。这种硬件与软件完条分支在空间对称但非均匀分布，3个分支之间的夹角全分开的配置形式，可以根据需要对硬件和软件分别分别为∞=90。、∞=90。、180。，这样可以很好地升级。本系统采用“PC机+PMAC”的结构方式作为硬满足腰关节在工作空间方面的要求。主动杆和随动杆件平台，以Windows操作系统作为软件平台建造并联的结构角分别取：9

5、0。、=90。，这样可以使腰关节机器人控制系统。本系统的控制中心在计算机(PC)平的各个构件在结构上趋于合理”l。台上，采用PMAC多轴运动控制器和双端口存储器(DPRAM)结构。PMAC主要完成并联机构腰关节各轴的运动、控制面板开关量的控制，对反馈的信息数据实时扫描更新；计算机则主要实现控制系统的管理功能。2．1PMAC控制器简介PMAC—PCI多轴运动控制器是一种PCI总线的PMAC系列运动控制板，PMAC—PCI控制板主要由美国MotorolaDsP56300O数字信号处理器和门阵列集成电路

6、(DSPGATE)组成，可以同步控制8个运动轴，实现复杂的多轴协调运动。它能够对存储在内部的程序进行单独运算，执行运动程序、PLC程序，进行伺服环更本结构所有的运动副都采用双面支撑，而且连接3新及以串口、总线两种方式与主计算机进行通信。而且个分支的9个转动副的参考中心分布在3个不同半径的它还可以自动对任务进行优先等级判别，从而进行实同心球面上。连接固定平台的3个转动副的参考中心所时的多任务处理，这使得它在处理时间和任务切换两收稿日期：2009年4月方面大大减轻主机和编程器的负担，提高了整个控制a机

7、械制造47卷第542期2009／10圆系统的运行速度和控制精度f41。离散位置点进行机器人机构反解计算，得到各电机轴PCI总线能够充分利用Windows操作系统的“即的对应位置；然后，再按照电机轴的位置，进行速度和插即用”功能，在把PMAC—PCI卡插到计算机主板上加速度处理，满足运动连续性的要求。采用VisualC+后，Windows操作系统能够自动为该控制板进行配置，+作为开发平台，用include语句把Pmac．h连人应用根据读到的控制板信息，结合系统情况为控制板分配程序中，PMAC与PC机

8、之间的通信(运动程序的下载，内存地址、端口地址、中断等资源，减少了不必要的人运动指令的上传、下载)采用DeltaTau公司的PComm工操作。32通信库，它通过函数GetProcAddress连接在应用程序中，可以直接用VC语言调用其库函数。硬件结构由“计算机(PC)+PMAC—PCI运动控制PLC程序存放在PMAC的PLC程序缓冲区内，编板”构成，多轴控制器采用美国DeltaTau公司推出的写一个PLC程序前，必须先关上原来的缓冲区，打开开放式PMAC—PCI。它插在PC机的PC