基于LinuxCNC控制器的六自由度并聯(lián)機構(gòu)人機交互系統(tǒng)設(shè)計.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、當前,基于Stewart平臺的六自由度并聯(lián)機構(gòu)具有剛度大、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點,已經(jīng)在空間機器人、并聯(lián)數(shù)控機床等各尖端行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。六自由度并聯(lián)機構(gòu)如果要完成某種特定的空間位姿或運動軌跡,實現(xiàn)機械系統(tǒng)設(shè)計的目的和任務(wù),必須在控制器的控制作用下,通過進給驅(qū)動系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)。并聯(lián)機構(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,國內(nèi)外已經(jīng)構(gòu)建了開放式控制系統(tǒng)的標準協(xié)議和體系框架,但目前尚沒有完全標準化和系列化。傳統(tǒng)的控制器

2、功能封閉、價格昂貴、配套硬件設(shè)備復雜,很難獲得。但運行在開源Ubutu10.04實時操作系統(tǒng)環(huán)境下的LinuxCNC控制器是開源的,可從其網(wǎng)站上免費下載使用。
  本論文是基于LinuxCNC控制器,對六自由度并聯(lián)機構(gòu)進行研究,利用使用廣泛的跨平臺高級語言Python作為開發(fā)工具,開發(fā)設(shè)計了三維運動模型和虛擬控制面板,選用了運動控制卡、步進電機、滾珠絲杠等驅(qū)動裝置,從而構(gòu)建基于LinuxCNC控制器下的六自由度并聯(lián)機構(gòu)人機交互系統(tǒng)

3、。其控制命令可以通過使用UG數(shù)控模塊生成的標準數(shù)控代碼來執(zhí)行。本文主要研究內(nèi)容如下:
  第一、分析并聯(lián)機構(gòu)的命名方法,計算基于 Stewart平臺的6-UPS型并聯(lián)機構(gòu)的自由度數(shù)。對并聯(lián)機構(gòu)的正解和逆解算法進行分析,使用Python科學計算庫函數(shù)編制六自由度并聯(lián)機構(gòu)逆解算法,并根據(jù)特例對桿長變化曲線進行仿真。
  第二、對LinuxCNC軟件構(gòu)架、通訊機制、運動控制系統(tǒng)進行詳細分析,其模塊化的設(shè)計思想和遵循開源協(xié)議的精神,

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

5、alcmd語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)機構(gòu)平臺運動軌跡及桿長的變化位姿。
  第四、在LinuxCNC控制器的AXIS界面模式下進行虛擬面板自定義設(shè)計。使用PyVCP(Python+XML)語言構(gòu)建了虛擬控制面板,通過硬件抽象層halcmd語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行狀況

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