六轴并联倾角控制

本文格式为Word版，下载可任意编辑——六轴并联倾角控制1机械工程自动实践机械工程自动实践六轴并联倾角操纵六轴并联倾角操纵学生姓名学生姓名刘晓东刘晓东（（学号学号20220801070102022080107010））刘颖添刘颖添（（学号学号20220801070212022080107021））张张瑞瑞（（学号学号20220801070232022080107023））2022年年10月月17日日2摘摘要要并联机器人无论是从布局上还是功能实现上都是一种新型机器人。并联机器人具有精度高、刚度大、惯性小、承载才能高、运动反解模型简朴、操作速度高、易于操纵等特点，因此，其应用范围从最初的飞行模拟器到近几年来的宇宙飞船空间对接器、细致操作微动机器人以及虚拟轴加工车床等。

本文要设计的是基于陀螺仪的反应实现对并联机器人的末端倾角的单轴闭环操纵。编写上位机，输入目标角度，由机器人自动调理并实时显示当前角度直至末端倾角达成目标角度。

本设计可调理角度达40，调理精度可达0.001，响应时间为2s。

关键词并联机器人；

陀螺仪；

倾角操纵3目目录录一、系统方案11、并联机器人运动操纵卡驱动的论证与选择12、陀螺仪模块的论证与选择1二、系统理论分析与计算11、并联机器人运动操纵分析12、并联机器人运动操纵的计算3三、硬件与程序设计51、硬件的设计5（1）电路设计5（2）机械设计62、程序的设计8（1）程序功能描述与设计思路8（2）程序流程图8四、测试方案与测试结果91、测试方案93、测试结果及分析9（1）测试结果数据9（2）测试分析与结论9五、结论与心得91一、系统方案本系统主要由并联机器人运动操纵卡驱动，陀螺仪等主要模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1、、并联机器人运动操纵卡驱动并联机器人运动操纵卡驱动的论证与选择的论证与选择方案一选择底层驱动，通过直接操纵六个电机实现并联机器人末端的运动。这种操纵方法响应快，操纵生动，但需要自己编写操纵算法，实现难度大。

方案二选择顶层驱动，通过使用并联机器人配备的操纵卡动态链接库直接操纵机器人末端的运动。

鲜明，选择方案二实现本设计。

2、、陀螺仪模块陀螺仪模块的论证与选择的论证与选择方案一使用MSCCOM控件读取陀螺仪数据，此方案读取便当，速度快，但实际操作中察觉与并联机器人运动操纵冲突，无法正常使用。

方案二使用串口动态链接库读取陀螺仪数据。

鲜明，选择方案二实现本设计。

二、二、系统理论分析与计算系统理论分析与计算（（此片面由此片面由刘颖添刘颖添负责负责））1、、并联机器人运动操纵分析并联机器人运动操纵分析首先在机构的上、下平台上各建立一坐标系,如图4-1所示,动坐标系P-XˊYˊZˊ建立在上平台上，坐标系O-XYZ固定于下平台上。在动坐标系中的任一向量Rˊ可以通过坐标变换方法变换到固定坐标系中的R。

a）机构简图b）坐标系示意图2图4-16-SPS并联机构式中的T为上平台模样的方向余弦矩阵，其中第1、2、3列分别为动坐标系的Xˊ、Yˊ和Zˊ在固定坐标系中的方向余弦，P为上平台选定的参考点P，即动坐标系的原点在固定坐标系中的位置矢量。当给定机构的各个布局尺寸后，利用几何关系，可以很容易写出上下平台各铰链点bi，Bi，i＝1，2，，6在各自坐标系个的坐标值，再由式51即可求出上下平台铰链点在固定坐标系OXYZ中的坐标值。

这时6个驱动器杆长矢量Lii＝1，2，，6可在固定坐标系中表示为（式4-2）或从而得到机构的位置反解计算方程上式是6个独立的显式方程，当已知机构的根本尺寸和上平台的位置和模样后，就可以利用上式求出6个驱动器的位移。这里议论的方法不但适用于6-SPS机构，而且普遍适用于从6-SPS机构演化出来的大量其它平台机构，从上面的议论可以看出，6-SPS类型的并联机构位置反解是特别简朴的，这正是这类机构的优点之一。

2、、并联机器人运动操纵并联机器人运动操纵的计算的计算该机器人布局尺寸参数如下自由度6杆长l223mm上平台外接圆直径R129.74mm下平台外接圆直径r65.5mm（式4-1）（式4-3）（式4-4）3各杆行程100mm驱动元件方向Z向驱动元件最小伸长量158.8966mm驱动元件最大伸长量258.8966mm为求解6自由度平台的空间位置关系，首先建立动、静两坐标系，静坐标系原点O’位于上平台中心，动坐标系原点O位于下平台中心，各轴指向如下图，动静平台坐标系方向保持一致坐标系如图4-2。

图4-2并联机器人反解坐标系在此坐标系下，上平台各个铰点坐标为B1Rcos77.92,Rsin77.92,208.897B2Rcos102.08,Rsin102.08,208.897B3Rcos-162.08,Rsin-162.08,208.897B4Rcos-137.92,Rsin-137.92,208.897B5Rcos-42.08,Rsin-42.08,208.897B6Rcos-17.92,Rsin-17.92,208.897下平台各个铰点坐标为P1rcos50.1,rsin50.1,0P2rcos129.9,rsin129.9,0P3rcos170.1,rsin170.1,0P4rcos-110.1,rsin-110.1,0P5rcos-69.9,rsin-69.9,0P6rcos9.9,rsin9.9,0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间位置，引入齐次变换矩阵来表示点在空间的平移和转动。

假定空间某点p的笛卡尔坐标为x、y、z，可以用一个四维列向量T[xyz1]4表示p点的齐次坐标。

这种表示方法不仅可以规定点的位置，还可用来规定矢量的方向，即当第四个元素非0时，代表点的位置；

第四个元素为0时，代表方向。

设空间中有一个定坐标系和一个动坐标系，当动坐标系沿定坐标系X、Y、Z分别平移XP、YP、ZP，再在新的坐标系下绕x轴旋转，绕y轴旋转，绕z轴旋转y之后，那么坐标矩阵为（式4-5）其中coscsins亦即动坐标中某点Pˊ经过上述平移和转动之后在定坐标系中的齐次坐标P为TPP，这样就可以用一个矩阵即表示旋转，又表示平移，其结果与式4-1一致。

根据并联机器人初始状态坐标可以求得驱动杆的原长iiiPBl由公式TPP可以得到Pˊ的各个点的坐标，然后可以计算驱动杆的长度iiiPBl由于机器人在运动时，驱动方式相