? ? ? ?隨著工業(yè)4.0升級(jí)，機(jī)械臂成為了未來發(fā)展的趨勢，自動(dòng)化程度也越來越明顯，并逐漸取代傳統(tǒng)人力分揀、搬運(yùn)，有效的提高了工作的效率。今天我們來介紹一下Delta機(jī)械臂。

? ? ? ?自上世紀(jì)八十年代以來，一類以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為主機(jī)構(gòu)的新型工業(yè)機(jī)器人（并聯(lián)機(jī)器人）為某些特定工業(yè)領(lǐng)域不斷提供出更為完美的解決方案，引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。在各種各樣的并聯(lián)機(jī)器人種類之中，存在一類由外轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)副驅(qū)動(dòng)、含平行四邊形支鏈的并聯(lián)機(jī)器人（又稱為并聯(lián)機(jī)械手）?。這類機(jī)器人因可將驅(qū)動(dòng)裝置布置在靜平臺(tái)（機(jī)架）上，而且從動(dòng)臂多采用輕質(zhì)細(xì)桿制作而成，故末端動(dòng)平臺(tái)可獲得很高的運(yùn)動(dòng)速度和加速度， 特別適合于高速物流生產(chǎn)線上物料的分揀、搬運(yùn)和抓放等操作 ，因此成為近年來研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。

? ? ? ?Delta機(jī)器人屬于高速、輕載的并聯(lián)機(jī)器人，一般通過示教編程或視覺系統(tǒng)捕捉目標(biāo)物體，由三個(gè)并聯(lián)的伺服軸確定抓具中心的空間位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的運(yùn)輸，加工等操作。Delta機(jī)器人主要應(yīng)用于食品、藥品和電子產(chǎn)品等加工、裝配。Delta機(jī)器人以其重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)速度快、定位精確、成本低、效率高等特點(diǎn)，正在市場上被廣泛應(yīng)用。

? ? ? ?Delta機(jī)器人是典型的空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)精密、緊湊，驅(qū)動(dòng)部分均布于固定平臺(tái)，這些特點(diǎn)使它具有如下特性：

? ? ? ?①承載能力強(qiáng)、剛度大、自重負(fù)荷比小、動(dòng)態(tài)性能好。

? ? ? ?②并行三自由度機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，重復(fù)定位精度高。

? ? ? ?③超高速拾取物品，一秒鐘多個(gè)節(jié)拍。

? ? ? ?下面我們來分享一下Delta機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制。

一、Delta機(jī)械臂機(jī)械系統(tǒng)

? ? ? ?該項(xiàng)目利用探索者平臺(tái)制作。其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用精度較高的42步進(jìn)電機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)為絲杠和萬向球節(jié)；執(zhí)行末端為搭載電磁鐵的圓盤支架。

二、Delta機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)算法

? ? ? ?這里給大家介紹一種Delta機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡解法，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)，最終求解出電磁鐵圓盤支架的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)律。

? ? ? ?該機(jī)械臂由3個(gè)絲杠平臺(tái)構(gòu)成，通過并聯(lián)的方式同時(shí)控制同一個(gè)端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)；三個(gè)絲杠位于一個(gè)正三角形邊線的中心位置，連桿采用球頭萬向節(jié)連桿結(jié)構(gòu)。

? ? ? ?①首先我們建立一個(gè)空間直角坐標(biāo)系，該直角坐標(biāo)系以三個(gè)絲杠平臺(tái)在俯視圖方向投影的內(nèi)切圓心為原點(diǎn)，x軸與tower1和tower3之間的連線平行，y軸過tower2，其中z=0的平面設(shè)置在三個(gè)限位開關(guān)所在平面。

? ? ? ?②建立坐標(biāo)系之后，我們可以得出3個(gè)限位開關(guān)Z軸投影的坐標(biāo)為A=（-msin（60°），mcos（60°），0）；B=（0，m，0）；C=（msin（60°），mcos（60°），0）；其中m為在xy投影面上正三角形的內(nèi)切圓心到B點(diǎn)的距離。

? ? ? ?③確定各限位開關(guān)的位置（即確定各絲杠平臺(tái)上滑塊的初始位置），絲杠平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)可簡化為如下：【其中N點(diǎn)為滑塊初始位置，Q點(diǎn)為端點(diǎn)初始位置，P為Q點(diǎn)在絲杠平臺(tái)上Z軸的投影；N1，P1，Q1點(diǎn)為絲杠平臺(tái)運(yùn)動(dòng)后的位，T點(diǎn)為某一固定點(diǎn)，假設(shè)為delta機(jī)械臂上端點(diǎn)在Z向可以運(yùn)動(dòng)的最大值在絲杠平臺(tái)Z向的投影點(diǎn)】

? ? ? ?④逆運(yùn)動(dòng)學(xué)是根據(jù)Q1點(diǎn)的位置確定NN1的距離。? ? ??

? ? ? ?在圖中有幾個(gè)可以通過測量得到已知值，分別是連桿長度NQ/N1Q1、NT的距離、終點(diǎn)Q1點(diǎn)的坐標(biāo)；假設(shè)我們輸入的量是終點(diǎn)Q1的坐標(biāo)（X1,Y1,Z1）;這里需要注意的是Z1坐標(biāo)為負(fù)值，為了方便理解在后面的推導(dǎo)中我們都對(duì)Z1取絕對(duì)值。? ? ??

? ? ? ?我們需要計(jì)算的是NN1的距離：

? ? ? ?其中Q1的Z坐標(biāo)與P1的Z坐標(biāo)一致，所以NP1為已知量為Q1的Z坐標(biāo)值Z1，即可以將上面的公式改為：

? ? ? ?這里我們只需要計(jì)算出N1P1的值即可：

? ? ? ?其中NIQ1為連桿長度，可通過測量得知，所以這里面需要我們計(jì)算出Q1P1。

? ? ? ?⑤求出Q1P1：【該長度我們可以通過兩點(diǎn)坐標(biāo)距離公式得出，借助俯視圖投影進(jìn)行計(jì)算】

? ? ? ?為方便計(jì)算Q1P1，圖中我們將N,N1,P,P1,T點(diǎn)都投影到Z為0的點(diǎn)，則Q1（X1，Y1，0）。根據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)公式可得：

? ? ? ?綜上所述：

? ? ? ?注意前面我們對(duì)Z1取了一次絕對(duì)值，實(shí)際Z1為負(fù)值，所以最終推導(dǎo)公式為：

? ? ? ?這樣我們就求出了NN1（絲杠移動(dòng)距離）與Q1（執(zhí)行端運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)）坐標(biāo)的關(guān)系。

三、Delta機(jī)械臂的組裝

? ? ? ?可將Delta機(jī)械臂傳動(dòng)部分進(jìn)行拆分組裝?！驹敿?xì)的組裝步驟圖可加QQ交流群：221964861進(jìn)行獲取】

一、主要使用的電子硬件

? ? ? ?Basra控制板、BigFish擴(kuò)展板、SH-ST擴(kuò)展板、電磁鐵、觸碰傳感器（限位用）、11.1v動(dòng)力電池（電源）

二、電路連接

①硬件連接-電子元件

②硬件連接-限位器

一、程序燒錄

? ? ? ?Delta機(jī)械臂共兩種運(yùn)動(dòng)方式：第一種是自動(dòng)運(yùn)行搬運(yùn)；第二種是用電腦發(fā)送指令，然后再根據(jù)指令運(yùn)動(dòng)。

? ? ? ?這里僅列出Delta機(jī)械臂自動(dòng)運(yùn)行搬運(yùn)的程序：【其它的程序源碼可加QQ交流群：221964861進(jìn)行獲取】

二、效果演示