1. 功能說明

? ? ? 本文示例將實現(xiàn)R306樣機5自由度并聯(lián)機械臂搬運牛奶到指定地點的功能。該機械臂由1個5自由度并聯(lián)機械臂和1個單軸絲杠平臺構(gòu)成，機械臂通過并聯(lián)的方式同時控制同一個端點的運動。其驅(qū)動系統(tǒng)采用大扭矩舵機和小扭矩舵機、執(zhí)行末端為夾持機構(gòu)。

2. 并聯(lián)機械臂機械系統(tǒng)

? ? ? 并聯(lián)機械臂與串聯(lián)機械臂每個獨立的關節(jié)模塊組成不同，并聯(lián)機械臂是通過連桿組將多個驅(qū)動同時共同控制機械臂末端，如下圖（四連桿并聯(lián)機械臂）所示，可以分解為三個部分：

? ? ? 第一個部分是下圖中藍色的四連桿，舵機y作為驅(qū)動，舵機x固定不動，這時會形成一個FBCD四連桿結(jié)構(gòu)，F(xiàn)B為機架，F(xiàn)D為驅(qū)動桿；

? ? ? 第二個部分是下圖中紅色的四連桿，舵機x作為驅(qū)動，舵機y固定不動，這時會形成一個ABCD四連桿，其中AD作為機架，AB作為驅(qū)動桿，BC作為傳動桿，CD作為隨動桿； ?

? ? ? 第三部分為DGHI平行四連桿，這個部分沒有驅(qū)動，主要作用是保證執(zhí)行端HI保持一個方向；

? ? ? 綜上可知CD桿為第一部分四連桿和第二部分四連桿共同控制的桿件。

3. 并聯(lián)機械臂運動學算法

? ? ? 當機械臂完成動作時，需通過舵機對L1和L2了兩根連桿進行控制和調(diào)節(jié)，2個舵機的角度分別為θ1和θ2。為了方便分析，將機械臂簡化進行分析。

? ? ? 圖中L1=AB，L2=BC，L3=CD，L4=DA，L5=AF，L6=DF，其中假設舵機x和舵機y的0°和180°的極限位置為AF桿方向，θ1和θ2分別為舵機x和舵機y的轉(zhuǎn)動角度，其中L1、L2、L3、L5、L6都為已知尺寸（可用尺子量出）。

? ? ? 在這個模型中，并聯(lián)機械臂的運動算法就是CD桿的運動軌跡，如果要求出CD桿的運動軌跡，實際是求出CD桿與DF桿的夾角∠CDF。

? ? ? 從圖中可知：∠CDF=∠CDA+∠ADF；

? ? ? ∠CDA位于四連桿ABCD中，通過歐拉公式可以推導；∠ADF位于三角形ADF中，可以通過三角形余弦定理推導；

? ? ? 求解∠CDA，假設∠CAD=α：

根據(jù)歐拉公式展開得：

? ? ? 從上面的公式中可知我們還需要求出L4和∠BAD；

? ? ? L4位于三角形ADF中，可通過三角函數(shù)求解得出。在三角形ADF中需要知道兩條相鄰邊長和該相鄰邊的夾角，其中L6和L5為已知量，所以：

? ? ?其中∠DFA=180°-θ2；

? ? ?∠BAD=180°-θ1-∠DAF；

? ?? 同理可得：

? ?? 最終可解得：

? ?? 計算機械臂的端點I的運動軌跡，可建立舵機x和舵機y轉(zhuǎn)動中心連線為x軸的平面坐標系，如下圖所示：

? ? ? ? 如上圖所示，對D點和I點（x，y）作平面直角坐標系的投影，根據(jù)前面計算出的D點角度位置計算I點的運動坐標，最終可獲得I（f（θ1，θ2），f（θ1，θ2））的關系。

4. 電子硬件

? ? ? ?在這個示例中，采用了以下硬件，請大家參考：

電路連接：舵機接線：由上至下分別連接在Bigfish擴展板的D4、D7、D3、D8、D12接口。

5. 功能實現(xiàn)

上位機：Controller 1.0

下位機編程環(huán)境：Arduino 1.8.19

① 將參考例程（get_milk_new2.ino）下載到主控板：

② 雙擊打開Controller 1.0.exe。將波特率與串口設置好，同時留下4、7、3、8、12幾個舵機串口，調(diào)試舵機角度。具體操作步驟可參考【U002】如何驅(qū)動模擬舵機-Controller 1.0b軟件的使用【https://www.robotway.com/h-col-129.html】。

③ 將調(diào)試好的舵機角度寫到對應例程（get_milk_new2.ino）中的位置；這里以幾個角度為例，大家可嘗試自己更改角度使其動作看起來更流暢。

6. 資料下載

資料內(nèi)容：

①搬運-例程源代碼

②搬運-樣機3D文件

③Controller1.0b資料包

資料下載地址：https://www.robotway.com/h-col-206.html

想了解更多機器人開源項目資料請關注 機器譜網(wǎng)站 https://www.robotway.com