現代機構的創新性決定了機械產品的創新性，機構學的研宄對于提高相關機械產品 的設計和國際競爭力有著非常重要的意義，現代機構設計的新理論和新方法、特殊功能 的機構設計理論以及應用關鍵技術、微操作和微尺度機械的機構學、機構與機器人動力 學、新型移動與操作機器人、仿人與仿生機器人和微納機器人在現代機械產品的設計中扮演著越來越重要的角色。因此，加大對以上機構學領域的研宄是機構學的發展趨勢[24]。
本章將對Delta機器人機構學、運動學和動力學進行深入分析，其中機構學研宄中 主要介紹該機器人的結構特點、工作原理及其設計理念，與此同時，對機器人的工作空 間和奇異位形進行理論上的分析。
為了更好地對關節空間軌跡規劃和工作空間軌跡規劃擬合曲線進行分析，對兩種軌 跡規劃方法得到的Delta機器人工作空間整體擬合曲線進行對比如圖3-19所示，紅色實 線和綠色虛線分別表示工作空間和關節空間軌跡規劃得到的工作空間擬合曲線，圖（a) 為工作空間內的整體位移曲線圖，圖（b)為末端執行器水平轉運階段位移曲線放大圖，由圖可知，利用關節空間軌跡規劃方法得到的擬合曲線在水平轉運階段y軸方向的抖動大約為9mm，抖動的主要原因有兩方面：第一，在關節空間軌跡規劃中，對拐彎半徑控 制點進行調整，以減小Delta機器人末端執行器抓取和釋放物體的豎直運行階段x軸方 向的抖動，但是，增加了水平轉運階段y軸方向的抖動；第二，在關節空間軌跡規劃中， 選取的工作空間關鍵點不對稱。圖（c)、（d)為Delta機器人末端執行器抓取和釋放物 體的豎直運行階段放大圖，由圖可知，關節空間軌跡規劃方法得到的擬合曲線在x軸方 向分別有0.6mm、0.8mm的輕微抖動。工作空間軌跡規劃方法得到的擬合曲線在X、j 軸方向沒有抖動，結合圖3-12和3-16可知，利用工作空間軌跡規劃方法得到的工作空 間擬合曲線明顯好于利用關節空間軌跡規劃方法得到的工作空間擬合曲線。
由于Delta機器人使用的直驅力矩電機精度較高，其旋轉編碼器的精度高達 405000c〇Unt, —般的伺服驅動器難以達到如此高的控制精度，Copley驅動器是使用成熟 的一類高性能驅動器，其交流伺服驅動器體積緊湊、輸出功率大并滿足所需的高精度控 制要求，所以選擇了 Copley交流伺服驅動器對高精度直驅力矩電機進行PID控制。
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傳統PLC是一種專用的計算機控制系統，由硬件和軟件兩部分組成，硬件包 括中央處理器、輸入單元、輸出單元、通信接口、存儲器、擴展接口、電源及外 圍設備[32];軟件包括系統管理軟件、應用程序及編程語言軟件等，基本結構如圖 2.7所示。
傳統PLC采用“循環掃描，順序執行”的工作方式，即在每一次掃描周期 內都要完成輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段，然后進行新一輪的掃 描任務[33]，傳統PLC的工作過程如圖2.8所示。
PLCI/O接口實現SERCOS-III協議有以下兩種方式：FPGA模式（Field— Programmable Gate Array,現場可編程門陣列）和通用 MCU (Micro Control Unit，微處理器）+標準以太網硬件加載SERCOS軟件核心模式。由于FPGA模式通常 融合SERCOS總線控制器而不能夠自由選擇其余硬件，所以本文采用后者，進 一步提高系統接口的開放性。
軌跡規劃是機器人運動學逆解、正解的實際工程應用，分析機器人的軌跡特點及其 應用場合，對機器人進行合理的軌跡規劃是機器人運動控制的基礎。因此，軌跡規劃算 法的好壞直接影響了機器人的動力學性能[44_45]，軌跡規劃在非線性系統的控制設計中占 有不可替代的作用[46_47]。一方面，軌跡規劃結果可以作為前饋項與反饋控制一起構成兩 自由度控制，從而獲得更好地運動控制性能；另一方面，最優軌跡規劃與最優控制具有 一致性，借助最優的軌跡規劃結果，可以實現滿足各種約束并具有特定優化指標的運動 控制。
該課題的主要研宄成果為軌跡規劃方法，軌跡規劃涉及到機器人的機構學、運動學、 動力學等內容，其研究成果可用于軍事機器人相關領域，例如，火炮自動裝填系統、遙 控武器站直瞄系統、直線彈射系統等。
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