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高速并聯(lián)工業(yè)機械手臂分析設(shè)計與實現(xiàn)-總結(jié)與展望
閱讀：144 發(fā)布時間：2020-8-12結(jié)論和展望
結(jié)論
經(jīng)過研宄生期間的不懈努力，在Delta機器人的設(shè)計中，結(jié)合了機器人運動學(xué)和動 力學(xué)理論、高等動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃理論、Linux系統(tǒng)、機器人操作系統(tǒng)ROS、電 氣控制硬件等相關(guān)技術(shù)，順利完成了機器人的設(shè)計和實驗工作，取得的成果如下：
第一，根據(jù)實際需要設(shè)計完成了 Delta機器人的機械結(jié)構(gòu)，對其進行了運動學(xué)逆解 和運動學(xué)正解分析，并利用拉格朗日方法對其進行了動力學(xué)分析，得到了 Delta機器人 的運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，對機器人進行了工作空間和奇異位形分析。
第二，根據(jù)Delta機器人的運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)學(xué)模型以及相應(yīng)的五次樣條函數(shù)理論， 編寫了關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃及其動力學(xué)優(yōu)化程序、工作空間軌跡規(guī)劃及其動力學(xué)優(yōu)化程序、 混合空間軌跡規(guī)劃及其動力學(xué)優(yōu)化程序，并通過實驗驗證了軌跡規(guī)劃擬合曲線的實用性。
第三，對Delta機器人進行了電氣控制部分的設(shè)計及調(diào)試，使用高精度的直驅(qū)力矩 電機直接驅(qū)動主動臂，消除了由于減速器背隙帶來的誤差，使用Linux系統(tǒng)下的機器人 操作系統(tǒng)ROS作為機器人的控制系統(tǒng)，采用Galil運動控制卡和Copley驅(qū)動器實現(xiàn)對 力矩電機的實際控制，編寫了 Galil運動控制卡的控制程序。
第四，編寫了 Delta機器人的運動控制GUI界面，實現(xiàn)了用戶友好型操作。
展望
隨著我國的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，在未來的產(chǎn)業(yè)升級中機器人將扮演越來越重要的角色，由于 直驅(qū)力矩電機自身的優(yōu)點，在某些機器人領(lǐng)域勢必會大量采用直驅(qū)力矩電機，同時，作 為提高機器人性能的運動控制及軌跡規(guī)劃方法將成為研宄的熱點。
力-運動混合在線自適應(yīng)軌跡規(guī)劃
由于某些部件的動力學(xué)分析難以從理論上精確建模，在通過理論計算建立機器人的運動學(xué)方程后，采用力反饋技術(shù)，通過系統(tǒng)辨識得到更為準(zhǔn)確的機器人動力學(xué)模型。其后通過此動力學(xué)模型實現(xiàn)力-運動混合控制。力-運動混合軌跡規(guī)劃是采用力-運動混合控制的模型，得出機器人執(zhí)行任務(wù)過程中的空間運動、力與時間的關(guān)系，然后選擇需要優(yōu) 化的目標(biāo)進行優(yōu)化計算，從而得出軌跡規(guī)劃結(jié)果。由于機器人的實際操作千變?nèi)f化 (也是機器人重要的優(yōu)點之一），而且隨著環(huán)境和載荷的變化，自身的動力學(xué)模型也 會發(fā)生很大的改變。力-運動混合在線自適應(yīng)軌跡規(guī)劃是根據(jù)在線反饋數(shù)據(jù)，重建系統(tǒng)模 型，重新計算軌跡，從而保護關(guān)鍵部件并極大發(fā)揮系統(tǒng)潛能。
關(guān)節(jié)空間和工作空間雙向優(yōu)化的軌跡規(guī)劃算法
針對關(guān)節(jié)空間或者工作空間的單向軌跡規(guī)劃只考慮了單向的軌跡規(guī)劃要素。在實際 操作過程中，既要考慮關(guān)節(jié)空間運動部件的優(yōu)化結(jié)果，同時也要考慮工作空間機器人末 端或者操作物件的力-運動模型。在建立運動學(xué)以及動力學(xué)正/逆解方程后，對關(guān)節(jié)空間 和工作空間分別進行優(yōu)化的軌跡規(guī)劃，將其結(jié)果進行對比。然后，對其中任意一種軌跡 規(guī)劃算法，加入另外一種算法的約束條件，后得出雙向優(yōu)化的軌跡規(guī)劃的一般算法。
軌跡規(guī)劃與設(shè)計相結(jié)合的方法
現(xiàn)代的CAD技術(shù)，使得在產(chǎn)品設(shè)計階段就可以得到非常精確的系統(tǒng)運動學(xué)和動力 學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)構(gòu)件所要執(zhí)行的任務(wù)，可以實現(xiàn)軌跡規(guī)劃并對整個運動過程 進行動力學(xué)分析。其分析的結(jié)果，可以有效的反饋到設(shè)計中來，從而對設(shè)計進行修改和 優(yōu)化。同時，也有效的檢驗了設(shè)計的合理性。運動學(xué)與動力學(xué)模型相結(jié)合的軌跡規(guī)劃技 術(shù)是一種高效的、低成本的運動控制構(gòu)件設(shè)計和控制手段。目前的CAD軟件尚未將軌 跡規(guī)劃作為設(shè)計的一個輔助優(yōu)化方法，很多研宄者在實際設(shè)計過程中，手動的加入了一 些計算過程，但是尚未有標(biāo)準(zhǔn)化簡單易用的軟件來進行輔助設(shè)計。考慮到大多數(shù)機械設(shè) 計和制圖人員對運動控制理解有限，開發(fā)有效的運動學(xué)與動力學(xué)模型相結(jié)合的軌跡規(guī)劃 軟件是提高設(shè)計水平的有效手段。
在純網(wǎng)絡(luò)全互聯(lián)運動控制器上，以Web和云計算為基礎(chǔ)實現(xiàn)服務(wù)器端軌跡規(guī) 劃算法
離線軌跡規(guī)劃算法實現(xiàn)可以脫離控制系統(tǒng)存在，操作人員將規(guī)劃好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入控制 器中，從而實現(xiàn)機器人的操作與控制。基于Web和云計算的軌跡規(guī)劃算法在服務(wù)器(云） 端實現(xiàn)，通過Web服務(wù)提供交互式的軌跡規(guī)劃計算平臺，消除軟件安裝和移植的問題。 在純網(wǎng)絡(luò)全互聯(lián)運動控制器上實現(xiàn)在線軌跡規(guī)劃，同時提供遠程跨平臺多點接入，實現(xiàn) 設(shè)計、分析與操作的多方融合。
受時間和作者水平限制，Delta機器人機械部分和電氣控制部分還存在一些不足， 需要后續(xù)工作中進一步改進和完善：
在Delta機器人的原理樣機中，由于機械部分的設(shè)計缺陷和加工、裝配誤差的 存在，使得該機械結(jié)構(gòu)精度較差，需要對機械部件進行修配。
電氣控制元器件布局不夠合理，使得電控箱中的連接線路較亂，在后續(xù)的工作 中，應(yīng)使用電木絕緣板進行合理的電氣硬件布置。
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