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1、2009年6月沈阳航空工业学院学报Jun.2009第26卷第3期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringVo.l26No.3文章编号:1007-1385(2009)03-0037-03串联机器人运动控制方法的研究李乐新(沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳110168)摘要:通过对某型串联机器人进行运动学分析,从而确定了此串联机器人的工作空间,应用绘图软件AutoCAD,利用其方便的数据文件生成功能,探索出了一种串连机器人模型轨迹数据的生成方式。采用面向硬件的控制方式,主要通过向PCL-839板卡写命令的
2、方式实现控制功能。软件应用VisualC++语言写成。利用C++语言中的地址操作函数向PCL-839步进电机控制卡接口中写入指令,从而完成控制机器人运动的功能。关键词:串联机器人;运动分析;控制系统,VisualC++中图分类号:TP242.2文献标识码:A机器人产生的初衷是面向工业、农业、国防等领域的不断发展,随着机器人自身系统的不断升级、更新,人们愈来愈注意到培养机器人设计、操作人才已成为机器人发展过程中一个不可或缺的[1-3]环节。本文以现有的多自由度串联机器人为研究对象,在已有的机器人硬件基础上,开发出一套新的串联机器人运动控制系统。1运动学分析本文所研究
3、的串联机器人如图1所示。串联机器人是具有3个自由度的机器人,图2所示的是三自由度机器人的结构简图,是根据对整个串连机器人机构建立D-H坐标系后的示意图。此串联机器人可实现画线、搬运,电源为220V50Hz,长宽高:13001300800。图中所示的转动臂杆1的旋转角度为135!,转动臂杆1与转动臂杆2的旋转夹角为135!,推杆的伸缩长度可达90mm。根据坐标变换和方程求解可得此串联机器人的数学模型为:22[(Px-L2cos12/L3]+[(Py-L2sin12/L3]=1dPyd12-L2cos12∀d231dtdtd12=2∀-(1)dtPy-L
4、2arcsin12L3dt2工作空间的确定1-L3对于如图2所示的串联机器人,其工作空间XY面的截面图如图3所示,其外边界由曲线Q1收稿日期:2008-12-10作者简介:李乐新(1955-),男,辽宁沈阳人,副教授,主要研究Q2、Q2Q3、Q3Q1组成。曲线Q1Q2是在23等于0方向:工程力学,E-mai:lneusucq@163.com。时,即当大臂和小臂处于一条直线上运动时,所得38沈阳航空工业学院学报第26卷到的曲线。Q2Q3是当12处于最小值135!时,23PCL-839主要特点包
5、括:有三轴控制,PCL从最小值转动到最大值变化时得到的曲线。Q3-839板上有3个单片脉冲发生器,使三个轴的Q2是当12处于最大值135!时,23从最小值到最控制同时、独立地进行,为每一个步进电机轴提供大值变化时得到的曲线。内边界曲线是当23处数字脉冲和方向控制;客户友好性界面,PCL-于极值点时,12变化取得的曲线。839已经被设计成作为步进电机控制运用的客户友好方法;PCL-839编程可以利用C语言函数库,包括了控制步进电机所需的所有命令函数;独立编译程序,也可以利用PROG839.EXE来控制步进电机,这是一个独立的、不固定的命令解译器对步进电机控制卡的读
6、取可以采用以下三种方法:应用汇编语言开发一套系统实现读写功能;应用VisualC++语言实现;直接利用PCL-839控制卡附带的用户界面和C语言程序库。采用VisualC++6.0为软件开发工具,数据取值间隔采用多媒体定时器进行精确定时,并采用VisualC++6.0提供的端口操作的操作台函数进行硬图3串联机器人工作空间的平面示意图件I/O编程。在功能上对PCL-839自带函数进行了一系列的扩充。3控制系统实现本文所采用的是开环伺服系统。其基本流程如图4所示。微型计算机给出指令脉冲经驱动电路传送到驱动机构-步进电机。步进电机将驱动电路输出的电流方波转换成机械角位移,
7、使机器人关节转动。在开环伺服系统中,运动指令信息是单向流动的。对于数控装置发出来的每一个进给脉冲,驱动线路将其放大并驱动步进电机转动一个步距带动机器人。可以看出机器人机构的工作台的移动量与进给脉冲的数量成正比,显然这图5串联机器人控制系统实现框图种开环系统的精度完全依赖步进电机的步距精4结论度。通过对串联机器人理论的深入分析和运动控制方法的研究,开发了一个运动控制软件平台。串联机器人运动控制软件涵盖了轨迹输入,数据文件输入,求解运动逆解,以及机器人的驱动。通图4串联机器人开环控制系统过对这一系统的初步使用,验证了其方法可行,使驱动板
