发布时间：2023-10-27 15:15:51   来源：安博电竞

  机电机械 248 2017 年 10 月 19 基于 o Arduino 可示教编程的并联机器人 钟海顺 向 坤 罗 镱 鲁 鹏 重庆文理学院机电工程学院，重庆 402160 摘要：并联机器人是一种闭环机构，由至少两个独立的运动链连接，具有两个或两个以上的自由度。具有精度高，速度快，动态响应好等特点，因此要让并联机器人能多次准确的完成工作的目的，准确的算法就显得很重要。需要建立数学模型及运动方程，推算出运动学逆解公式。使用 Arduino 在程序中根据末端执行器的位置，便得到伺服电机需要转动的转角。最后便可通过改变末端执行器的在空间坐标的位置实现可示教并联机器人。 关键...

  机电机械 248 2017 年 10 月 19 基于 o Arduino 可示教编程的并联机器人 钟海顺 向 坤 罗 镱 鲁 鹏 重庆文理学院机电工程学院，重庆 402160 摘要：并联机器人是一种闭环机构，由至少两个独立的运动链连接，具有两个或两个以上的自由度。具有精度高，速度快，动态响应好等特点，因此要让并联机器人能多次准确的完成工作的目的，准确的算法就显得特别的重要。要建立数学模型及运动方程，推算出运动学逆解公式。使用 Arduino 在程序中根据末端执行器的位置，便得到伺服电机需要转动的转角。最后便可通过改变末端执行器的在空间坐标的位置实现可示教并联机器人。 关键词：Arduino；并联机器人；蓝牙；运动学逆解 中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-5519(2017)10-0248-01 并联机器人是将电机安装在固定机架上，并且一般以质量较轻的碳纤维材料相连接，因此在较高的速度和加速度下可保证末端执行器的精度，对机器人系统的运动性能有显著的提高。串联机器人将电机安装在运动关节处，惯量负载较大，在高速运行中易产生振动和细微形变，影响末端执行器的精度。在实际生产中，需要高速搬运工作场合通常用并联机构。在历史的发展中有很多这样的并联机器人，而本文研究的是四自由度的可示教并联机器人。可示教编程并联机器人便是手动记录机器人执行的动作，然后有机器人再现执行。并联机器人正解问题一直是并联机器人运动学研究的难点，然而其逆解反倒容易很多，因此可用逆解的方法轻松求出其位置与伺服电机转角的关系。 本设计采用 Arduino 对机器人进行运动控制，能够较为方便的开发程序，利用它能够轻松的实现对并联机器人的无线控制。 针对以上所述，本文结合几何代数的方法，对四自由度并联机器人的逆运动学求解，并通过 Arduino 开发板，对并联机器人实现蓝牙无线 四自由度并联机器人逆解 四自由度并联机器人由静平台、驱动装置、运动支链、动平台和末端执行器组成。动平台连接支架通过旋转关节连接起来构成两两平行且平行于静平台。 对四自由度并联机器人结构简化并建立三维坐标系，构建数学模型。将并联机器人的伺服电机在静平台上的安装的地方可以简化为一点 A i ，从动臂上的球形关节可以简化为一点 B i 。将静平台中心 O 与 A i 处伺服电机的距离设为 R；动平台中心与 C i 点距离设为 r；主动臂的长度设为 ；从动臂的长度设为 L；伺服电机的转动角度用 i 来表示，其中 i 为伺服电机的编号。 则由上可得矢量方程为： OO 1 =OA i +A i B i +B i C i -OC i 在三维坐标系中将 A i 、B i 、C i 表示出来并代入以上所得的矢量方程中。 由并联机器人的特性知无论运动怎么变化，其从动臂的长度不变，因此有： 因此经运算可得伺服电机转动角度为： 2 系统硬件设计 并联机器人整体结构本设计采用 3D 打印，静平台与动平台之间利用球形关节连接起来，保证具有较大的活动范围。伺服电机采用舵机，控制简单，使用起来更便捷，同时也能达到设计的效果。 控制器采用 Arduino 作为核心控制模块，利用它能够简单灵活的开发程序，不像其他单片机，不需要深入底层对寄存器操作，只需要调用已有的库函数就可以方便的使用。对于一些简单的作品设计开发来说，实现它的功能是绰绰有余，而且使用较为方便快捷。 本设计将四个舵机位置设计在静平台的边缘处，并与主动臂连接，主动臂与从动臂以及从动臂与动平台之间采用球型关节连接，既能保证两臂间具有较大的活动范围，又能保证动平台实现一定的旋转。从而通过舵机的转动，达到对动平台的运动控制。 同时将 Arduino 与手机蓝牙通信联系起来，通过手机发送信息给 Arduino 控制端做相关操作并联机器人的运动。在手机端是采用的开源的 Android 蓝牙串口软件，由于是开源的因此在网络上有很多这类软件。借此能够准确的通过自己的要求发送指令操作并联机器人。 3 系统软件设计 系统软件设计由串口通信、算法程序和上位机界面程序三部分所组成。通信采用 HC-05 蓝牙模块实现蓝牙串口通信，界面程序则根据开源的蓝牙串口软件稍作改变便可实现功能，算法程序则直接写入 Arduino。 软件设计思路是将并联机器人运动设计为两种模式，手动模式和自动模式。在手动模式下使用者能够自主操作机器人的运动轨迹以及能完成示教工作，记录当前的位置信息。在自动模式下能够按照之前示教中规划的路径运动，以及可选择特定的运动路径。 软件设计流程先将串口初始化，然后等待蓝牙发来的信息，通过读取蓝牙发来的信息判断当前的运行的模式；将上述并联机器人的逆解方程写入程序；若在手动模式下，将接收到的信息进行判断当前的运动方向，并根据运动逆解做出相应的位置移动，若接收到需要保存位置的指令则储存当前舵机角度以达到储存位置信息的目的。若在自动模式下则将按照之前储存的舵机角度信息依次控制舵机运动使做出相应的运动，实现再现。 4 结 语 本文针对四自由度并联机器人的结构推算出其逆运动学，实现在空间上的运动。而且通过 Arduino 将蓝牙连接起来，实现手机远程无线操作。实验根据结果得出，通过 Arduino编程实现手机蓝牙远程操作，可以在一定程度上完成精确的控制并联机器人的运动。 参考文献 [1]蔡睿妍.基于 Arduino 的舵机控制管理系统设计[J].电脑知识与技术,2012,8(15):3719-3721. [2]童明浩,王君.四自由度 Delat 机械手运动学逆解研究[J].湖北工业大学学报,2016,01(31):42-45. [3]郑昊,钟志峰,郭昊等.基于 Arduino/Android 的蓝牙通信系统设计[J].物联网技术,2012(5):50-51. [4]郭超,辛世界,李玉胜.两种坐标空间中 Delta 机器人轨迹规划仿真[J].制造业自动化,2014,2(36):49-93. 作者简介：向坤（1994-），男，四川广元人，本科；通讯作者：鲁鹏（1983-）男，四川广元人，研究生；研究方向：机器人控制。 基金项目：机械手臂蓝牙控制机器人 xsky2015038。