delta机器人控制软件设计(附件)【字数：11939】
摘 要随着工业自动化的发展，工业机器人越来越受到关注。而现阶段工业领域的工业机器人大多为串联机器人，串联机器人控制简单，工作空间大，但难以进行高速运动；而并联机器人可以实现高速运动，控制精度高，运动惯量小，串联机器人用于日益广泛 。本文Delta机器人设计先从整体结构开始设计，包括框架设计，静平台设计，伺服电机选型以及安装调试；再对Delta机器人进行运动学分析，主要进行反解分析与计算，即得知末端执行器位置求得三个电机的旋转角度，求得后可进行伺服控制来驱动机器人；采用了一种简洁实用的Delta机器人调试运行之前的初始位置标定方法；控制界面采用基于VC++6.0的MFC进行设计，主要功能包括伺服使能、关闭卡、调试、点动、循环运动等功能；采用固高GTS-800运动控制卡控制脉冲输出控制伺服电机运转，从而控制整个机器人的运动，编程实现了各功能及运动学反解，进行了软硬件联合调试，实现了点位控制等功能。结果表明本设计合理、运行正常，经改进可以应用到工业场合。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 Delta机器人发展现状 1
1.3 Delta机器人特点 2
1.4 设计方案 3
第二章 Delta机器人设计理论 5
2.1 结构设计 5
2.2 反解分析 7
2.2.1 反解计算理论 7
2.3 本章小结 10
第三章 硬件设计 11
3.1 固高GTS800运动控制卡 11
3.2 伺服系统介绍 12
3.2.1 台达伺服介绍 12
3.2.2 安川伺服介绍 13
3.3 运动控制卡与伺服连接与调试 14
3.3.1 伺服系统与运动控制器的连接 14
3.3.2 伺服电机调试 15
3.4 本章小结 17
第四章 软件设计 18
4.1 总体方案流程 18
4.2 应用软件介绍 18
4.2.1 基于VC++6.0的MFC 18
4.3 控制界面设计 19
4.3.1 设计步骤与程序 19 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.3.2 部分程序介绍 21
4.5 本章小结 24
第五章 Delta机器人调试 25
5.1 初始位置标定 25
5.2 调试流程 26
5.3调试现象 28
第六章 总结与展望 30
6.1 总结 30
6.2 展望 30
致 谢 31
参考文献 32
附录Ａ 33
第一章 绪论
1.1 研究背景
随着社会的发展，科技的进步与社会生产力的提高，人们对生产效率的要求也越来越高，工厂的生产也逐渐由原来的人工转变为自动化生产，随着的自动化水平的提高，工业机器人也顺势而生，在机械、加工、食品、纺织、医药等众多领域都有广泛应用，随着机器人在工业上的加入，大大减轻了工人劳动强度，同时还大大提高了生产效率，也保证了生产质量。
目前，在工业领域被大量使用的是串联机器人如图11，它是一个开放的运动链，其所有的运动杆件并没有形成一个封闭的运动链，所以其具有运动空间大、运动分析较容易等优点，同时也存在着运动惯量大，控制精度低和无法高速运动等缺点。
1987年，Hunt提出了并联机器人结构模型，从那以后并联机器人如图12便开始受到广泛关注，目前国际上先后有一批学者开始从事研究，之后欧洲一些国家也开始研究，国内燕山大学的黄真教授自1982年以来在美国参加了此项内容的研究，并于1983年取得了突破性进展。1993年，第一台并联机器人在美国德州自动化与机器人研究所诞生以来，并联机器人的结构和外型都得到了发展，到现在为止，并联机器人品种各种各样，包括平面的、空间不同自由度的、不同布置方式的、以及超多自由度并串联机构。
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图11 串联机器人 图12 Delta机器人
1.2 Delta机器人发展现状
1987年， Demaurex公司首次购买了Delta机器人的使用许可权并经过改进研发出了LinePlacer机械手，并将其成功应用于食品的包装生产线上。为了进入国际市场，Demaurex公司与瑞士的SIG公司合作，开发出了C23、C33、CE33机械手，这些机械手都具有良好的稳定性。
1999年， ABB公司获得了Delta机器人的使用权并开发出了第一代拾取机器人—IRB 340 FlexPieker机器人，将它应用于食品、制药和电子行业，该机器人配置了视觉识别系统，可实现对轻小物体的快速识别、抓取和搬运，最大抓取重量可达1kg，末端运动速度可达10m/s，末端加速度可达10g，抓取频率可达150次/min。2009年，ABB公司推出了第二代拾取机器人——IRB 360FlexPicker，该机械手具有更高的运动速度和精度，加速度可达15g，抓取频率达180次/min。
国外对Delta机器人的研究起步较早，世界几大著名的机器人生产商都先后开发出了可用于分拣、搬运、包装等操作的Delta机器人。这些机器人具有结构轻巧、控制精度高、运行速度快、性能稳定的特点，已被成功应用于各个领域。
但是，国内对Delta机器人的研究相关技术较弱，多数研究还停留在探索阶段，能应用于实际应用领域Delta机器人产品也很少，但近几年还是取得了一些成果，近些年，在国家“863计划”项目的资助下，大连理工计算机工程有限公司研发的Delta4自由度并联机器人，具有视觉定位、智能识别、曲线插补等技术，可以实现对目标的定位、抓取、搬运、旋转与摆放等功能，最高拾取速度达150件/min，定位精度高。深圳华盛控科技有限公司已经成功推出WSCDELTA高速分拣机器人，该机器人同样配置高精度的视觉定位系统，可适应各种形状的产品并进行智能定位和检测。他可以很好地应用于产品搬运、分拣、检测等场合。另外，国内知名的机器人制造商—新松机器人公司也开发出了以Delta机器人为主体的各类食品、药品包装生产线。
国内众多高校和学者也对Delta机器人运动学进行了大量的研究。华为运用较为简便的plucker坐标矩阵法求出了Delta机器人的奇异位形，并提出根据机构的受力来确定奇异位形的方法，该方法更为简便。赵杰等人使用矢量代数法和空间几何学，求解出了满足工作空间内运动连续性的Delta机器人运动学正解，避免了常用的基于方程组的数值法求出多组解的取舍问题。梁香宁等人运用矢量法求出了Delta机构的运动学反解，并提出了一种利用反解推导工作空间的方法，还给出了运动学正解的数值解法。高秀兰等人利用曲面包络理论求得了Delta机器人的工作空间，然后以工作空间包容的最大内切球体作为设计空间，以雅克比矩阵条件数在该空间的全域平均值作为尺度综合的性能指标，求出了使机器人具有最佳操作性能的尺度参数。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 Delta机器人发展现状 1
1.3 Delta机器人特点 2
1.4 设计方案 3
第二章 Delta机器人设计理论 5
2.1 结构设计 5
2.2 反解分析 7
2.2.1 反解计算理论 7
2.3 本章小结 10
第三章 硬件设计 11
3.1 固高GTS800运动控制卡 11
3.2 伺服系统介绍 12
3.2.1 台达伺服介绍 12
3.2.2 安川伺服介绍 13
3.3 运动控制卡与伺服连接与调试 14
3.3.1 伺服系统与运动控制器的连接 14
3.3.2 伺服电机调试 15
3.4 本章小结 17
第四章 软件设计 18
4.1 总体方案流程 18
4.2 应用软件介绍 18
4.2.1 基于VC++6.0的MFC 18
4.3 控制界面设计 19
4.3.1 设计步骤与程序 19 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4.3.2 部分程序介绍 21
4.5 本章小结 24
第五章 Delta机器人调试 25
5.1 初始位置标定 25
5.2 调试流程 26
5.3调试现象 28
第六章 总结与展望 30
6.1 总结 30
6.2 展望 30
致 谢 31
参考文献 32
附录Ａ 33
第一章 绪论
1.1 研究背景
随着社会的发展，科技的进步与社会生产力的提高，人们对生产效率的要求也越来越高，工厂的生产也逐渐由原来的人工转变为自动化生产，随着的自动化水平的提高，工业机器人也顺势而生，在机械、加工、食品、纺织、医药等众多领域都有广泛应用，随着机器人在工业上的加入，大大减轻了工人劳动强度，同时还大大提高了生产效率，也保证了生产质量。
目前，在工业领域被大量使用的是串联机器人如图11，它是一个开放的运动链，其所有的运动杆件并没有形成一个封闭的运动链，所以其具有运动空间大、运动分析较容易等优点，同时也存在着运动惯量大，控制精度低和无法高速运动等缺点。
1987年，Hunt提出了并联机器人结构模型，从那以后并联机器人如图12便开始受到广泛关注，目前国际上先后有一批学者开始从事研究，之后欧洲一些国家也开始研究，国内燕山大学的黄真教授自1982年以来在美国参加了此项内容的研究，并于1983年取得了突破性进展。1993年，第一台并联机器人在美国德州自动化与机器人研究所诞生以来，并联机器人的结构和外型都得到了发展，到现在为止，并联机器人品种各种各样，包括平面的、空间不同自由度的、不同布置方式的、以及超多自由度并串联机构。
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图11 串联机器人 图12 Delta机器人
1.2 Delta机器人发展现状
1987年， Demaurex公司首次购买了Delta机器人的使用许可权并经过改进研发出了LinePlacer机械手，并将其成功应用于食品的包装生产线上。为了进入国际市场，Demaurex公司与瑞士的SIG公司合作，开发出了C23、C33、CE33机械手，这些机械手都具有良好的稳定性。
1999年， ABB公司获得了Delta机器人的使用权并开发出了第一代拾取机器人—IRB 340 FlexPieker机器人，将它应用于食品、制药和电子行业，该机器人配置了视觉识别系统，可实现对轻小物体的快速识别、抓取和搬运，最大抓取重量可达1kg，末端运动速度可达10m/s，末端加速度可达10g，抓取频率可达150次/min。2009年，ABB公司推出了第二代拾取机器人——IRB 360FlexPicker，该机械手具有更高的运动速度和精度，加速度可达15g，抓取频率达180次/min。
国外对Delta机器人的研究起步较早，世界几大著名的机器人生产商都先后开发出了可用于分拣、搬运、包装等操作的Delta机器人。这些机器人具有结构轻巧、控制精度高、运行速度快、性能稳定的特点，已被成功应用于各个领域。
但是，国内对Delta机器人的研究相关技术较弱，多数研究还停留在探索阶段，能应用于实际应用领域Delta机器人产品也很少，但近几年还是取得了一些成果，近些年，在国家“863计划”项目的资助下，大连理工计算机工程有限公司研发的Delta4自由度并联机器人，具有视觉定位、智能识别、曲线插补等技术，可以实现对目标的定位、抓取、搬运、旋转与摆放等功能，最高拾取速度达150件/min，定位精度高。深圳华盛控科技有限公司已经成功推出WSCDELTA高速分拣机器人，该机器人同样配置高精度的视觉定位系统，可适应各种形状的产品并进行智能定位和检测。他可以很好地应用于产品搬运、分拣、检测等场合。另外，国内知名的机器人制造商—新松机器人公司也开发出了以Delta机器人为主体的各类食品、药品包装生产线。
国内众多高校和学者也对Delta机器人运动学进行了大量的研究。华为运用较为简便的plucker坐标矩阵法求出了Delta机器人的奇异位形，并提出根据机构的受力来确定奇异位形的方法，该方法更为简便。赵杰等人使用矢量代数法和空间几何学，求解出了满足工作空间内运动连续性的Delta机器人运动学正解，避免了常用的基于方程组的数值法求出多组解的取舍问题。梁香宁等人运用矢量法求出了Delta机构的运动学反解，并提出了一种利用反解推导工作空间的方法，还给出了运动学正解的数值解法。高秀兰等人利用曲面包络理论求得了Delta机器人的工作空间，然后以工作空间包容的最大内切球体作为设计空间，以雅克比矩阵条件数在该空间的全域平均值作为尺度综合的性能指标，求出了使机器人具有最佳操作性能的尺度参数。
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