两种坐标空间中Delta机器人轨迹规划仿真-论文.pdf

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1、1匐化两种坐标空问中Delta机器人轨迹规划仿真Simulationofdeltarobottrajectoryplanningintwokindsofcoordinatespace郭超，辛世界，李玉胜GUOChao，XINShi-jie，LlYu．sheng(山东理工大学机械工程学院，淄博255049)摘要：针对Delta并联机器人的抓取一放置操作任务，采用修正梯形轨迹规划模式，分别在直角坐标空间和关节坐标空间中进行轨迹规划，然后利用ADAMS进行仿真，分析两种轨迹规划中主动臂和末端执行器的运动轨迹随时间变化情况，以确

2、定出较合适的一种规划方式。仿真结果表明：两种方式中机器人主动臂和末端执行器的运动轨迹随时间变化连续，机器人运行平稳，动力特性较好。但关节空间轨迹规划算法简单，易于实现，所以更适合于抓取一放置操作任务。关键词：Delta并联机器人；ADAMS仿真；直角坐标空间；关节坐标空间；轨迹规划；修正梯形模式中圈分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1009—0134(2014)02(下)一0049—04Doi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2014．02(下)．140引言链的杆件通过四个球铰形成平行四边形闭环

3、，两端分别与主动臂和动平台相连。由于三个平行四在食品、药品和电子等行业的包装生产线边形闭环的应用，动平台只保留了直角坐标空间上，存在着大量诸如分拣、搬运、装盒等抓取一放沿x、Y、z三个方向的平动自由度。置的重复性工作。通常这类工作由人工来完成，工作效率低，且存在着污染产品的可能，因此需要开发一种高速、高精度的机械手来完成上述工作⋯。具有三移动自由度的Delta并联机器人，以其结构简单、运动速度高、运动构件惯性小等优点，被成功应用于上述场合。机器人轨迹规划可分为关节坐标空间中轨迹规划和直角坐标空间中轨迹规划。对于Delta

4、机器人抓取一放置操作任务，两种坐标空间中的轨迹规划皆可完成任务。鉴于两种坐标空间中轨迹规划的特点H】，利用ADAMS对两种坐标空间中的轨迹图1Delta并联机器人三维实体模型规划进行仿真，通过分析两种方式下机器人主动将Solidworks中建好的三维模型导入ADAMS／臂的角速度、角加速度和末端执行器的速度、加View中，定义所有构件的材料为钢，为机构添加速度随时间变化的情况，以及工作效率等方面，质量。在静平台与大地间添加固定副，34-主动选出一种能满足操作任务要求，且更高效的轨迹臂与静平台间添加转动副，从动支链与主动臂

5、、规划方式。动平台连接处添加球面副，为机构添加约束。至1Delta机器人仿真模型的建立此，机器人的仿真模型建立完毕。首先利用Solidworks建立Delta机器人的三维实2两种坐标空间中的轨迹规划体模型如图1所示，机构由静平台、动平台、3根2．1修正梯形轨迹规划模式相同的主动臂以及3个完全相同的平行四边形从动对机器人进行轨迹规划，要遵循运行过程平支链构成。其中，上平台为静平台，下平台为动稳的最基本原则，这就要求机器人的位移、速平台，每个主动臂通过转动副与静平台连接，并度、加速度不能产生突变】。修正梯形运动规律的在电机的

6、驱动下作一定角度的摆动；每条从动支位移曲线及其对时间三阶导数连续】，且在同样的收稿日期：2013-11-09作者简介：郭超(1986一)，男，河北邢台人，硕士研究生，研究方向为机电一体化技术。第36卷第2期2014-02(下)【4g】1lI5出位移和加速度下，相比于常用的多项式、正弦模P1式，其运行时间最短嘲，所以选择该模式作为抓放y操作轨迹规划的运动规律。1为了使机器人受到的冲击尽可能小，由加速xP0度函数入手，令修正梯形模式加速度函数为：a～si‘n(-4兀f0≤fiT)图2直角坐标空间机器人末端运动路径m缸6-t、

7、)、8末端执行器沿直线段丽、、运行时均ff三1口max采用修正梯形轨迹规划模式，最大加速度a一、88=100m／s，由式(3)可得沿三段直线段运行时间：f三f≤三1(1)。s。一∞I等了cr一—)l88T1=0．0989sT2=0．1398sT3=0．0989s将Si、Ti(i=l，2，3)和口一分别代入式(1)、一口maxff≤三)88(2)中，即可得到执行器按照修正梯形模式沿P-2-、一<～ff1PA、面运动时的轨迹。一c∞os一J8●一8<一2．3关节坐标空间中的轨迹规划式中口一为运动过程允许的最大加速度，T为在关

8、节空间进行轨迹规划时，采用点到点的运行周期。轨迹控制方式，可控制末端执行器到达起始点P对式(I)两边进行两次积分，并由边界条件和终止点的位置，但无法控制其运动路径。根据t=0时s=0，以及位移的连续性，可得修正梯形模式2．2节中对执行器的路径规划，将P和P：作为运动的位移函数为：路径约束点，以避开障碍物。根据各点坐标