柔性绳索并联驱动机构控制系统设计+程序代码(2)

4 轨迹运动控制实验 26

4.1 引言 26

4.2 实验步骤 27

4.3 具体实验 27

4.4 实验分析 29

4.5 本章小结 29

5 总结 31

致谢 32

参考文献33

附录A 程序清单 36

1 绪论

为了使机构向自动化、高速化、精密化和轻型化目标迈进，各位研究学者们用柔性元件取代我们传统的刚性杆，提出了柔索机构的新想法。相对于传统的串联以及刚性并联机构，柔索并联驱动机构是一种比较新型的机构，也属于并联机构的范畴。为方便叙述，本文中将柔性绳索简称为柔索。

1.1 柔索并联驱动机构的研究背景

柔索一端连接步进电机，一端连接末端执行器，我们以控制每个电机转动的角度的方式来控制每一根柔索的长度的伸缩量从而来调整机构的姿态和位置。利用柔索来取代刚性的连接杆，主要具有以下优点[1-5]：

（1）负载/质量比大。因为柔索柔索质量比较轻，基本可以忽略不计，在这种情况下，柔索由于本身的特殊性，只受拉力。又因为柔索强度会比我们之前使用的传统的刚性连接杆要高得多，因此它的负载能力也会更大；

（2）可变刚度，环境适应力强。对于柔索并联驱动机构来说，它的传动装置主要是一些滑轮、转筒装置，目前都趋于模块，我们可以通过集成不同的模块来适应不同的作业环境。并且对于完全约束以及过约束的机构来说，我们也可以通过调整每根柔索的受力情况，来实现机构的刚度可变，从而满足用户的不同需求；

（3）响应速度快。相对于刚性连杆来说，柔索质量轻，基本忽略不计，因此大大地减轻了机构整体质量，从而降低系统惯量，提高整机的响应速度，运动性能好，适合高速操作；

（4）工作空间大。并联机构的工作空间主要是由他们的传动链长度来决定，而加入了柔索代替刚性连接杆，此时情况则大大不同。因为柔索可以卷绕在转筒上，长度大大增加，因此相比于传统的刚性并联机构来说，工作空间大大增加；

（5）综合成本低。制造、维护费用较低。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 柔索驱动并联机构的理论研究

1.2.2 柔索驱动并联机构的应用研究

1.3 本文主要工作及章节安排

本文以四自由度的柔索并联驱动机构为研究对象，结合柔索并联驱动机构的研究背景以及应用情况，主要从以下几个部分论述分析：

第一章表述了柔索并联驱动机构的研究背景和意义，介绍了当前国内外柔索并联驱动机构的研究现状。

第二章阐述了柔索并联驱动机构的构型设计，基于所建立的柔索并联驱动机构平台建立了相应的三维数学坐标系（基准坐标系和动平台固连坐标系），在此基础下完成运动反解的计算，实现位置逆解。

第三章从硬件系统及软件系统模块两部分阐述了柔索并联机构的控制系统设计的实现。基于TI公司生产的MSP430F6638开发平台，采用C语言编程，利用串口、键盘、驱动模块、主控模块，利用第二章所建立好的数学模型，设计相应的控制编程程序，从而具体实现运动反解，位置逆解。 (责任编辑：qin)