现代机构的创新性决定了机械产品的创新性，机构学的研宄对于提高相关机械产品 的设计和国际竞争力有着非常重要的意义，现代机构设计的新理论和新方法、特殊功能 的机构设计理论以及应用关键技术、微操作和微尺度机械的机构学、机构与机器人动力 学、新型移动与操作机器人、仿人与仿生机器人和微纳机器人在现代机械产品的设计中扮演着越来越重要的角色。因此，加大对以上机构学领域的研宄是机构学的发展趋势[24]。
本章将对Delta机器人机构学、运动学和动力学进行深入分析，其中机构学研宄中 主要介绍该机器人的结构特点、工作原理及其设计理念，与此同时，对机器人的工作空 间和奇异位形进行理论上的分析。
为了更好地对关节空间轨迹规划和工作空间轨迹规划拟合曲线进行分析，对两种轨 迹规划方法得到的Delta机器人工作空间整体拟合曲线进行对比如图3-19所示，红色实 线和绿色虚线分别表示工作空间和关节空间轨迹规划得到的工作空间拟合曲线，图（a) 为工作空间内的整体位移曲线图，图（b)为末端执行器水平转运阶段位移曲线放大图，由图可知，利用关节空间轨迹规划方法得到的拟合曲线在水平转运阶段y轴方向的抖动大约为9mm，抖动的主要原因有两方面：第一，在关节空间轨迹规划中，对拐弯半径控 制点进行调整，以减小Delta机器人末端执行器抓取和释放物体的竖直运行阶段x轴方 向的抖动，但是，增加了水平转运阶段y轴方向的抖动；第二，在关节空间轨迹规划中， 选取的工作空间关键点不对称。图（c)、（d)为Delta机器人末端执行器抓取和释放物 体的竖直运行阶段放大图，由图可知，关节空间轨迹规划方法得到的拟合曲线在x轴方 向分别有0.6mm、0.8mm的轻微抖动。工作空间轨迹规划方法得到的拟合曲线在X、j 轴方向没有抖动，结合图3-12和3-16可知，利用工作空间轨迹规划方法得到的工作空 间拟合曲线明显好于利用关节空间轨迹规划方法得到的工作空间拟合曲线。
由于Delta机器人使用的直驱力矩电机精度较高，其旋转编码器的精度高达 405000c〇Unt, —般的伺服驱动器难以达到如此高的控制精度，Copley驱动器是使用成熟 的一类高性能驱动器，其交流伺服驱动器体积紧凑、输出功率大并满足所需的高精度控 制要求，所以选择了 Copley交流伺服驱动器对高精度直驱力矩电机进行PID控制。
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传统PLC是一种专用的计算机控制系统，由硬件和软件两部分组成，硬件包 括中央处理器、输入单元、输出单元、通信接口、存储器、扩展接口、电源及外 围设备[32];软件包括系统管理软件、应用程序及编程语言软件等，基本结构如图 2.7所示。
传统PLC采用“循环扫描，顺序执行”的工作方式，即在每一次扫描周期 内都要完成输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，然后进行新一轮的扫 描任务[33]，传统PLC的工作过程如图2.8所示。
PLCI/O接口实现SERCOS-III协议有以下两种方式：FPGA模式（Field— Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）和通用 MCU (Micro Control Unit，微处理器）+标准以太网硬件加载SERCOS软件核心模式。由于FPGA模式通常 融合SERCOS总线控制器而不能够自由选择其余硬件，所以本文采用后者，进 一步提高系统接口的开放性。
轨迹规划是机器人运动学逆解、正解的实际工程应用，分析机器人的轨迹特点及其 应用场合，对机器人进行合理的轨迹规划是机器人运动控制的基础。因此，轨迹规划算 法的好坏直接影响了机器人的动力学性能[44_45]，轨迹规划在非线性系统的控制设计中占 有不可替代的作用[46_47]。一方面，轨迹规划结果可以作为前馈项与反馈控制一起构成两 自由度控制，从而获得更好地运动控制性能；另一方面，最优轨迹规划与最优控制具有 一致性，借助最优的轨迹规划结果，可以实现满足各种约束并具有特定优化指标的运动 控制。
该课题的主要研宄成果为轨迹规划方法，轨迹规划涉及到机器人的机构学、运动学、 动力学等内容，其研究成果可用于军事机器人相关领域，例如，火炮自动装填系统、遥 控武器站直瞄系统、直线弹射系统等。