一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统，包括人机界面和算法两大部分；人机界面包括整合运动特征分析界面、柱坐标反算方式界面、柱坐标正算方式界面和数据输出界面；算法包括正算算法和反算算法，以及位移、速度、加速度曲线显示算法及其模块；本系统能根据正、反算算法进行涉及机械手末端执行元件和原动机相互位置关系的正反算，以曲线和表格的方式输出末端元件运动特征信息，以空间方程的形式描述Delta并联机械手B关节三角形相关几何特征信息，并制作TXT格式系统模拟演算数据列表，B关节是Delta并联机械手手臂的上臂与下臂连接处的关节。本发明专利技术可以有效实现Delta并联机械手的运动特征分析。

【技术实现步骤摘要】
一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统
本专利技术涉及工业自动化系统结构构建及仿真控制的
，尤其是指一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统。
技术介绍
柔性机器人(机械手)用于智能抓取，一般配合视觉成像及气动执行实现抓取动作，常用于抓取食品(巧克力、糖果、饼干、月饼等)、电子元件等物料。Delta机构在三维空间内高效的物流解决方案推动了各国机器人公司就该机构的开发热潮。迄今为止，上述各种高速并联机械手已应用在电子、医药、食品等工业自动化生产或包装流水线的分拣、抓放、包装等操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统，可以实现输入空间柱坐标数据、机械手末端执行元件和原动机位置正算反算、输出末端元件位移、速度和加速度曲线等功能。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统，包括由VisualBasic语言制作的人机界面和算法两大部分；所述人机界面包括整合运动特征分析界面、柱坐标反算方式界面、柱坐标正算方式界面和数据输出界面；所述算法包括基于空间解析几何的正算算法和反算算法，以及位移、速度、加速度曲线显示算法及其模块；所述系统能够根据正、反算算法进行涉及机械手末端执行元件和原动机相互位置关系的正反算，以曲线和表格的方式输出末端元件运动特征信息，以空间方程的形式描述Delta并联机械手B关节三角形相关几何特征信息，并制作TXT格式系统模拟演算数据列表，其中，所述B关节是Delta并联机械手手臂的上臂与下臂连接处的关节。在整合运动特征分析界面下能进行机械手手臂长度输入、末端执行元件空间始末位置柱坐标输入、与始末位置柱坐标相对应的角位移驱动器相对运转角度输出、相关运动特征信息输出工作；在整合运动特征分析界面下输入各手臂长度和末端执行元件始末位置坐标，系统将按照内部所整合的正算和反算算法，先通过反算得到并显示角位移驱动器的转角，然后以该反算结果为基础，假设末端执行元件是以直线段为轨迹，计算并显示出三个角位移驱动器的始末角位移数值，以此假设为基础，计算并绘制出指定时间内按照匀加速-匀速-匀减速运动方式时末端执行元件三坐标方向位移、速度和加速度曲线。在柱坐标反算方式界面下能进行机械手手臂长度输入、末端执行元件空间始末位置柱坐标输入、包含两种可行解的角位移驱动器相对运转角度输出、三个角位移驱动器转角-时间关系曲线输出工作；在柱坐标反算方式界面输入各手臂长度和末端执行元件位置坐标，能够计算出满足条件的两组解，其中一组解为一不可实现的奇异解，由于采用基于空间解析几何的反算算法，算法本身涉及三角函数方程，因而产生了该奇异解，输入末端执行元件始末位置坐标，能够计算并绘制出三个角位移驱动器的角位移随时间变化曲线。在柱坐标正算方式界面下能进行角位移驱动器始末转角输入；B关节三角形几何特征输出，包括B1B2B3关节轴承平面方程输出、B1B2中垂面方程输出、B关节处△B1B2B3三边长输出、B关节处△B1B2B3外接圆半径输出和B关节处△B1B2B3外心坐标输出，B1、B2、B3分别代表Delta并联机械手的三组手臂的B关节；末端执行元件中心D点坐标输出和相关运动特征信息输出工作；在柱坐标正算方式界面输入三个角位移驱动器角度的始末数值，系统将根据正算算法按照B1B2B3关节轴承平面方程、B1B2和B2B3中垂面方程、B关节处△B1B2B3三边长、B关节处△B1B2B3外接圆半径和B关节处△B1B2B3外心坐标的顺序进行计算，充分展示系统计算过程，最后得出末端执行元件中心D点的坐标，并且计算和绘制出末端执行元件三坐标方向位移、速度和加速度曲线。在数据输出界面下能进行机械手手臂长度输入、各手臂转动惯量输入、各臂质量输入、末端执行元件始末位置坐标输入、要求运动时间输入、角位移驱动器始末角度输出、角位移驱动器平均速率输出、导出系统模拟演算数据列表工作；在数据输出界面下输入各手臂长度、手臂转动惯量和手臂、末端执行元件质量、末端执行元件始末位置坐标和运行时间，系统将按照末端执行元件以直线段为轨迹，角位移驱动器匀加速-匀速-匀加速运动方式的假设计算并显示角位移驱动器匀速运动阶段速度，记录运动过程中若干分段，每一分段的坐标、速度和加速度值，并提供输出TXT数据表格的功能。所述整合运动特征分析界面和柱坐标正算方式界面都拥有输出末端执行元件三坐标方向位移、速度和加速度曲线的功能，其采用了VB程序中的Graphics图形绘制方式，并提供对显示曲线相对坐标轴的比例尺进行调整的功能，所述柱坐标反算方式界面和柱坐标正算方式界面提供了正算和反算相分离的界面。所述反算是输入末端执行元件的空间位置柱坐标，通过算法计算出电动机运动角度，其算法如下：程序内部采用柱坐标计算，自定义角初始值为30度，下面变量说明：l1为OA距离，l2为上臂长度，l3为下臂长度，l4为末端执行元件中心距三个关节轴承的距离，dx为末端执行元件中心定义的角度变量，dy为末端执行元件中心定义的半径变量，dz为末端执行元件中心定义的高度变量，为上臂与水平方向夹角，opA、opB、opC为方程的三个常数，由已知条件计算得出；直线运动方式计算：设从(θ1，r1,h1)运动至(θ2，r2,h2)，电机正在匀速转动柱坐标笛卡尔坐标设D点坐标为D(θD，rD，hD)设计坐标转移程序笛卡尔其中范围rD≤131.18，hD≤244.18对BC两点应用距离公式(其中为未知数)展开化简1化简2化简3三组手臂应用同样的过程进行化简解上述三角函数方程opAsinθ+opBcosθ+opC＝0应用公式可解得所述正算是通过得到的反算数据，假设末端执行元件以直线方式从空间起始点匀加速、匀速、匀减速的情况下，计算出期间位移、速度和加速后，可以选择性输出计算数据或以s-t、v-t、a-t图的形式显示出来，其算法如下：柱坐标笛卡尔坐标空间一点距B1、B2、B3的距离相等，B1、B2、B3分别代表Delta并联机械手的三组手臂的B关节，确定B1，B2，B3外接圆圆心外接圆半径半圆长海伦公式其中abc为三边长，由空间距离公式所得；外接圆圆心坐标公式如下：半径采用方向向量的方法对增量进行定义设两点(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2),其方向向量为(x2-x1,y2-y1,z2-z1)各方向增量可定义为圆柱坐标下设两点(θ1,r1,h1)和(θ2,r2,h2)方向向量(r2cosθ2-r1cosθ1,r2sinθ2-r1sinθ1,h2-h1)方向向量转圆柱坐标如下：方向增量应为：程序中定义方向向量为vic，即向量victor笛卡尔坐标表示的柱坐标为dex,dey,dez则有初值dex＝r1cosθ1,dey＝r1sinθ1,dez＝h1有各方向增量deltax,deltay,deltaz且为定值方程数组：直接采用b数组，方便查看，转换数组先用bb和bbb代替已解得B平面方程，则求得B1B2，B2B3，B3B1方向余弦矩阵根据三角形外心性质，外心O应在平面三个平面汇交处再次解三元一次方程附方向余弦求法：采用向量法，已知手部运动特性为只有平移，故将向手部中心平移一定距离可形成类似球的特征几何体，三个平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统，其特征在于：包括由Visual Basic语言制作的人机界面和算法两大部分；所述人机界面包括整合运动特征分析界面、柱坐标反算方式界面、柱坐标正算方式界面和数据输出界面；所述算法包括基于空间解析几何的正算算法和反算算法，以及位移、速度、加速度曲线显示算法及其模块；所述系统能够根据正、反算算法进行涉及机械手末端执行元件和原动机相互位置关系的正反算，以曲线和表格的方式输出末端元件运动特征信息，以空间方程的形式描述Delta并联机械手B关节三角形相关几何特征信息，并制作TXT格式系统模拟演算数据列表，其中，所述B关节是Delta并联机械手手臂的上臂与下臂连接处的关节。

【技术特征摘要】
1.一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统，其特征在于：包括由VisualBasic语言制作的人机界面和算法两大部分；所述人机界面包括整合运动特征分析界面、柱坐标反算方式界面、柱坐标正算方式界面和数据输出界面；所述算法包括基于空间解析几何的正算算法和反算算法，以及位移、速度、加速度曲线显示算法及其模块；所述系统能够根据正、反算算法进行涉及机械手末端执行元件和原动机相互位置关系的正反算，以曲线和表格的方式输出末端元件运动特征信息，以空间方程的形式描述Delta并联机械手B关节三角形相关几何特征信息，并制作TXT格式系统模拟演算数据列表，其中，所述B关节是Delta并联机械手手臂的上臂与下臂连接处的关节；所述反算是输入末端执行元件的空间位置柱坐标，通过算法计算出电动机运动角度，其算法如下：程序内部采用柱坐标计算，自定义角初始值为30度，下面变量说明：l1为OA距离，l2为上臂长度，l3为下臂长度，l4为末端执行元件中心距三个关节轴承的距离，dx为末端执行元件中心定义的角度变量，dy为末端执行元件中心定义的半径变量，dz为末端执行元件中心定义的高度变量，为上臂与水平方向夹角，opA、opB、opC为方程的三个常数，由已知条件计算得出；直线运动方式计算：设从(θ1，r1,h1)运动至(θ2，r2,h2)，电机正在匀速转动柱坐标笛卡尔坐标设D点坐标为D(θD，rD，hD)设计坐标转移程序笛卡尔其中范围rD≤131.18，hD≤244.18对BC两点应用距离公式，其中为未知数展开化简1化简2化简3三组手臂应用同样的过程进行化简解上述三角函数方程opAsinθ+opBcosθ+opC＝0应用公式可解得所述正算是通过得到的反算数据，假设末端执行元件以直线方式从空间起始点匀加速、匀速、匀减速的情况下，计算出期间位移、速度和加速后，可以选择性输出计算数据或以s-t、v-t、a-t图的形式显示出来，其算法如下：柱坐标笛卡尔坐标空间一点距B1、B2、B3的距离相等，B1、B2、B3分别代表Delta并联机械手的三组手臂的B关节，确定B1，B2，B3外接圆圆心外接圆半径半圆长海伦公式其中abc为三边长，由空间距离公式所得；外接圆圆心坐标公式如下：半径采用方向向量的方法对增量进行定义设两点(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2),其方向向量为(x2-x1,y2-y1,z2-z1)各方向增量可定义为圆柱坐标下设两点(θ1,r1,h1)和(θ2,r2,h2)方向向量(r2cosθ2-r1cosθ1,r2sinθ2-r1sinθ1,h2-h1)方向向量转圆柱坐标如下：方向增量应为：

【专利技术属性】
技术研发人员：何凯文，张东，李俊璋，李忠浪，梁炜丰，苏建威，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44