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結論和展望

結論

經過研宄生期間的不懈努力，在Delta機器人的設計中，結合了機器人運動學和動 力學理論、高等動力學、機器人軌跡規劃理論、Linux系統、機器人操作系統ROS、電 氣控制硬件等相關技術，順利完成了機器人的設計和實驗工作，取得的成果如下：

第一，根據實際需要設計完成了 Delta機器人的機械結構，對其進行了運動學逆解 和運動學正解分析，并利用拉格朗日方法對其進行了動力學分析，得到了 Delta機器人 的運動學和動力學數學模型，對機器人進行了工作空間和奇異位形分析。

第二，根據Delta機器人的運動學和動力學數學模型以及相應的五次樣條函數理論， 編寫了關節空間軌跡規劃及其動力學優化程序、工作空間軌跡規劃及其動力學優化程序、 混合空間軌跡規劃及其動力學優化程序，并通過實驗驗證了軌跡規劃擬合曲線的實用性。

第三，對Delta機器人進行了電氣控制部分的設計及調試，使用高精度的直驅力矩 電機直接驅動主動臂，消除了由于減速器背隙帶來的誤差，使用Linux系統下的機器人 操作系統ROS作為機器人的控制系統，采用Galil運動控制卡和Copley驅動器實現對 力矩電機的實際控制，編寫了 Galil運動控制卡的控制程序。

第四，編寫了 Delta機器人的運動控制GUI界面，實現了用戶友好型操作。

展望

隨著我國的經濟轉型，在未來的產業升級中機器人將扮演越來越重要的角色，由于 直驅力矩電機自身的優點，在某些機器人領域勢必會大量采用直驅力矩電機，同時，作 為提高機器人性能的運動控制及軌跡規劃方法將成為研宄的熱點。

力-運動混合在線自適應軌跡規劃

由于某些部件的動力學分析難以從理論上精確建模，在通過理論計算建立機器人的運動學方程后，采用力反饋技術，通過系統辨識得到更為準確的機器人動力學模型。其后通過此動力學模型實現力-運動混合控制。力-運動混合軌跡規劃是采用力-運動混合控制的模型，得出機器人執行任務過程中的空間運動、力與時間的關系，然后選擇需要優 化的目標進行優化計算，從而得出軌跡規劃結果。由于機器人的實際操作千變萬化 (也是機器人重要的優點之一），而且隨著環境和載荷的變化，自身的動力學模型也 會發生很大的改變。力-運動混合在線自適應軌跡規劃是根據在線反饋數據，重建系統模 型，重新計算軌跡，從而保護關鍵部件并極大發揮系統潛能。

關節空間和工作空間雙向優化的軌跡規劃算法

針對關節空間或者工作空間的單向軌跡規劃只考慮了單向的軌跡規劃要素。在實際 操作過程中，既要考慮關節空間運動部件的優化結果，同時也要考慮工作空間機器人末 端或者操作物件的力-運動模型。在建立運動學以及動力學正/逆解方程后，對關節空間 和工作空間分別進行優化的軌跡規劃，將其結果進行對比。然后，對其中任意一種軌跡 規劃算法，加入另外一種算法的約束條件，后得出雙向優化的軌跡規劃的一般算法。

軌跡規劃與設計相結合的方法

現代的CAD技術，使得在產品設計階段就可以得到非常精確的系統運動學和動力 學模型。在此基礎上，根據構件所要執行的任務，可以實現軌跡規劃并對整個運動過程 進行動力學分析。其分析的結果，可以有效的反饋到設計中來，從而對設計進行修改和 優化。同時，也有效的檢驗了設計的合理性。運動學與動力學模型相結合的軌跡規劃技 術是一種高效的、低成本的運動控制構件設計和控制手段。目前的CAD軟件尚未將軌 跡規劃作為設計的一個輔助優化方法，很多研宄者在實際設計過程中，手動的加入了一 些計算過程，但是尚未有標準化簡單易用的軟件來進行輔助設計。考慮到大多數機械設 計和制圖人員對運動控制理解有限，開發有效的運動學與動力學模型相結合的軌跡規劃 軟件是提高設計水平的有效手段。

在純網絡全互聯運動控制器上，以Web和云計算為基礎實現服務器端軌跡規 劃算法

離線軌跡規劃算法實現可以脫離控制系統存在，操作人員將規劃好的數據導入控制 器中，從而實現機器人的操作與控制。基于Web和云計算的軌跡規劃算法在服務器(云） 端實現，通過Web服務提供交互式的軌跡規劃計算平臺，消除軟件安裝和移植的問題。 在純網絡全互聯運動控制器上實現在線軌跡規劃，同時提供遠程跨平臺多點接入，實現 設計、分析與操作的多方融合。

受時間和作者水平限制，Delta機器人機械部分和電氣控制部分還存在一些不足， 需要后續工作中進一步改進和完善：

在Delta機器人的原理樣機中，由于機械部分的設計缺陷和加工、裝配誤差的 存在，使得該機械結構精度較差，需要對機械部件進行修配。

電氣控制元器件布局不夠合理，使得電控箱中的連接線路較亂，在后續的工作 中，應使用電木絕緣板進行合理的電氣硬件布置。

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