[发明专利]一种用于Delta并联机械手的运动特征分析系统

摘要

本发明公开了一种用于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。本发明可以有效实现Delta并联机械手的运动特征分析。

主权项

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；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[rDcosθD+l4cosθ-(l1+l2cos∂1)cos0]2+[rDsinθD+l4sin0-(l1+l2cos∂1)sin0]2+(hD-l2sin∂1)2=l32]]>展开(rDcosθD+l4cos0)2+[(l1+l2cos∂1)cos0]2-2(rDcosθD+l4cos0)(l1+l2cos∂1)cos0+(rDsinθD+l4sin0)2+[(l1+l2cos∂1)sin0]2-2(rDsinθD+l4sin0)(l1+l2cos∂1)sin0+hD2+(l2sin∂1)2-2hDl2sin∂1-l32=0]]>化简1(l1+l2cos∂1)2+(l2sin∂1)2-2[rDcosθDcos0+l4cos20+rDsinθDsin0+l4sin20](l1+l2cos∂1)-2hDl2sin∂1+(rDcosθD+l4cos0)2+(rDsinθD+l4sin0)2+hD2-l32=0]]>化简2l12+l22+2l1l2cos∂1-2(rDcosθDcos0+rDsinθDsin0+l42)(l2cos∂1+l1)-hDl2sin∂1+......]]>化简32l2(rDcosθDcos0+rDsinθDsin0+l42+l1)cos∂1-2hDl2sin∂1+l12+l22-2l1(rDcosθDcos0+rDsinθD+l42)+(rDcosθD+l4cos0)2+(rDsinθD+R4sin0)2+hD2-l32=0]]>三组手臂应用同样的过程进行化简解上述三角函数方程opA sinθ+opB cosθ+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，三个平移向量为平移距离为l4，设平移向量为MOVE(3，3)MOVE矩阵为B点往向量平移，作矩阵相加，注意付回；平移变换采用四维矩阵乘法变换B点坐标需增加一维，基本方法如下：依照上述方法求取三角形外接圆心坐标半周长海伦公式外接圆半径求取OD直线表达式，垂直平面B1B2B3且过D的方向向量可表示，方向向量前进长度，即为D点位置。