基于LinuxCNC控制器的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、當(dāng)前，基于Stewart平臺(tái)的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在空間機(jī)器人、并聯(lián)數(shù)控機(jī)床等各尖端行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)如果要完成某種特定的空間位姿或運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)，必須在控制器的控制作用下，通過進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的開放性和多樣性決定了與其配套的控制器也應(yīng)該是開放的，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)構(gòu)建了開放式控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和體系框架，但目前尚沒有完全標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。傳統(tǒng)的控制器

2、功能封閉、價(jià)格昂貴、配套硬件設(shè)備復(fù)雜，很難獲得。但運(yùn)行在開源Ubutu10.04實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境下的LinuxCNC控制器是開源的，可從其網(wǎng)站上免費(fèi)下載使用。
　　本論文是基于LinuxCNC控制器，對(duì)六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，利用使用廣泛的跨平臺(tái)高級(jí)語(yǔ)言Python作為開發(fā)工具，開發(fā)設(shè)計(jì)了三維運(yùn)動(dòng)模型和虛擬控制面板，選用了運(yùn)動(dòng)控制卡、步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠等驅(qū)動(dòng)裝置，從而構(gòu)建基于LinuxCNC控制器下的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)人機(jī)交互系統(tǒng)

3、。其控制命令可以通過使用UG數(shù)控模塊生成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼來(lái)執(zhí)行。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　第一、分析并聯(lián)機(jī)構(gòu)的命名方法，計(jì)算基于 Stewart平臺(tái)的6-UPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正解和逆解算法進(jìn)行分析，使用Python科學(xué)計(jì)算庫(kù)函數(shù)編制六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)逆解算法，并根據(jù)特例對(duì)桿長(zhǎng)變化曲線進(jìn)行仿真。
　　第二、對(duì)LinuxCNC軟件構(gòu)架、通訊機(jī)制、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，其模塊化的設(shè)計(jì)思想和遵循開源協(xié)議的精神，

4、使得通過調(diào)用合適的模塊就能配置成實(shí)現(xiàn)特定功能的控制器。詳細(xì)解析硬件抽象層及其halcmd語(yǔ)言，該語(yǔ)言是調(diào)用、配置LinuxCNC各模塊、開發(fā)三維動(dòng)態(tài)模型、建立虛擬控制面板、連接軟硬件之間的信號(hào)和引腳的專用工具。
　　第三、對(duì)比分析LinuxCNC控制器本身自帶的兩種界面模式Tkemc和AXIS，選擇基于Python語(yǔ)言開發(fā)的AXIS界面模式。使用PyOpenGL（Python+OpenGL）語(yǔ)言構(gòu)建了三維動(dòng)態(tài)模型，通過硬件抽象層h

5、alcmd語(yǔ)言建立模塊之間的連接，使得在AXIS界面模式下，通過輸入數(shù)控代碼，利用LinuxCNC控制器，可以直觀形象地觀察到六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡及桿長(zhǎng)的變化位姿。
　　第四、在LinuxCNC控制器的AXIS界面模式下進(jìn)行虛擬面板自定義設(shè)計(jì)。使用PyVCP（Python+XML）語(yǔ)言構(gòu)建了虛擬控制面板，通過硬件抽象層halcmd語(yǔ)言建立模塊之間的連接，使得硬件設(shè)備接通電源后，就可以在虛擬控制面板上直觀地觀察到硬件運(yùn)行狀況