并联机器人与串联机器人相比,具有刚度大、精度高、动态性能好等一系列优点。目前,基于并联机构的各种装备正成为传统串联装备的一个重要补充,在许多领域发挥着重要作用。为实现并联机器人高速、精确、平稳地作业,合理的轨迹规划和适当的控制策略就显得十分重要。本文即对本实验室拥有专利的二维平动两自由度并联机械手运动控制展开研究。主要内容如下:首先,进行了时间最优轨迹规划。对并联机械手机构进行运动学分析,给出了机构运动学正解、逆解及其速度、加速度映射模型。根据机械手应用于拾放操作的需要,规划了机械手在操作空间的路径,并运用逆运动学方程将此路径约束映射到关节空间,采用分段多项式插值的轨迹模式规划了两主动关节的运动轨迹。对4-3-4次(即由4次多项式、3次多项式和4次多项式构成的三段连续可导的多项式,下同)、3-5-3次和5-5-5次三种分段多项式轨迹模式进行了仿真,分析了三种模式的特点及优劣,选取4-3-4次、5-5-5次两种模式进行后续研究。考虑关节空间转速和力矩的约束,以单次拾放周期最短为目标,建立了时间最优轨迹规划的数学模型,运用遗传算法对分段多项式插值的轨迹进行了优化。然后,运用“PC(Personal Computer)+MC(Motion Controllor)”控制模式设计和开发了并联机械手的运动控制系统。分析控制系统硬件的总体结构,对运动控制单元、伺服驱动单元和检测反馈单元分别进行了选配和设置。给出了控制系统软件主程序的框图,对主要模块的算法进行了设计。采用运动控制器的多轴协调运动模式实现了机械手两主动关节的连贯协调运动。最后,对优化后的4-3-4次和5-5-5次两种分段多项式轨迹模式进行了实验研究。实验结果表明,一是运动控制系统软、硬件可靠实用,二是时间最优轨迹规划理论正确实践可行。按照机械手运动快速性、准确性、平稳性这三个评价标准,4-3-4次与5-5-5次分段多项式轨迹模式各具优点,两者都具有较高的定位精度,前者在速度上占有优势,后者在平稳性上更胜一筹。考虑到运动冲击会增加机械磨损和噪声,5-5-5次分段多项式轨迹模式更趋实用。