為了保證Delta兩自由度高速并聯(lián)工業(yè)機(jī)器人高速、高精度的平穩(wěn)運(yùn)行，必須選擇 合理的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，本章節(jié)將會(huì)介紹Delta機(jī)器人使用的開(kāi)源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS下 的硬件和軟件，包括視覺(jué)伺服、Galil運(yùn)動(dòng)控制卡、Copley驅(qū)動(dòng)器、直驅(qū)力矩電機(jī)和基于 Linux系統(tǒng)的機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS下的軟件控制界面，最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上一章節(jié)中 三種軌跡規(guī)劃方法的實(shí)用性。
機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS (Robot Operation System)是專為機(jī)器人軟件開(kāi)發(fā)所設(shè)計(jì)的一套電腦操作系統(tǒng)架構(gòu)，它是開(kāi)源的元級(jí)操作系統(tǒng)（后操作系統(tǒng)），提供類似操作系統(tǒng)的服 務(wù)，包括硬件抽象描述、底層驅(qū)動(dòng)程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間消息傳遞、程序 發(fā)行包管理，它也提供一些工具程序和庫(kù)用于獲取、建立、編寫(xiě)和執(zhí)行多機(jī)融合的程序。 ROS的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是便于機(jī)器人研發(fā)過(guò)程中代碼復(fù)用，是一個(gè)分布式的進(jìn)程框架，執(zhí) 行程序可以各自獨(dú)立的設(shè)計(jì)，松散的、實(shí)時(shí)的組合起來(lái)[67]。
根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，軌跡規(guī)劃又分為離線軌跡規(guī)劃與實(shí)時(shí)在線軌跡規(guī)劃，離線軌 跡規(guī)劃是基于環(huán)境先驗(yàn)完全信息的軌跡規(guī)劃，完整的先驗(yàn)信息只能適用于靜態(tài)環(huán)境，機(jī) 器人的離線軌跡規(guī)劃有其潛在的優(yōu)點(diǎn)，例如，在編程過(guò)程中，離線的軌跡規(guī)劃不需要占 用生產(chǎn)設(shè)備，因此，保證了自動(dòng)化工廠大部分時(shí)間處于生產(chǎn)狀態(tài)；減小了對(duì)系統(tǒng)硬件的 要求，有利于降低系統(tǒng)成本；容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的柔性組態(tài)。
本課題來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院高速并聯(lián)工業(yè)機(jī)器人預(yù)研項(xiàng)目，并由寧波市國(guó)際合作項(xiàng)目 (2014D10008)、精工一代機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用示范程(2014BAZ04784)、精密驅(qū)動(dòng)控制技 術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2012B82005)和寧波市自然科學(xué)基（2014A610084)支持。
并聯(lián)機(jī)構(gòu)（ParallelMechanism)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈連接靜平臺(tái)和動(dòng)平 臺(tái)，并且具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度的閉環(huán)機(jī)構(gòu)，它是機(jī)構(gòu)學(xué)的一個(gè)重要分支。
本章主要對(duì)平面兩自由度高速并聯(lián)工業(yè)機(jī)器人Delta進(jìn)行了機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力 學(xué)分析，對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器人的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了闡述，指出了機(jī)器人特色，對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué) 逆解和運(yùn)動(dòng)學(xué)正解分析，得到了相應(yīng)的位移、速度、加速度表達(dá)式，利用拉格朗日方法 對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了簡(jiǎn)化的動(dòng)力學(xué)分析，得到了簡(jiǎn)化的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式。最后，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行 了工作空間分析和奇異位形分析，從理論上得到了機(jī)器人的工作空間和奇異位形。
按照使用的軌跡規(guī)劃樣條函數(shù)次數(shù)分類，可以將軌跡規(guī)劃樣條函數(shù)分為一次、二次、 三次、五次和多次。一次樣條函數(shù)軌跡規(guī)劃法又稱為速度常系數(shù)軌跡規(guī)劃法，該方法中 速度作為常數(shù)，位置是時(shí)間的的一次線性函數(shù)，當(dāng)速度突變時(shí)加速度無(wú)窮大，隨后加速 度變?yōu)榱?，由于理論上無(wú)窮大的加速突變會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成很大沖擊，因此，在機(jī)器人的軌 跡規(guī)劃中，很少使用一次樣條函數(shù)。
本章使用三種方法對(duì)Delta兩自由度高速并聯(lián)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了合理的軌跡規(guī)劃， 分別是關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃及其動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、工作空間軌跡規(guī)劃及其動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、關(guān)節(jié)空 間和工作空間的混合軌跡規(guī)劃及其動(dòng)力學(xué)優(yōu)化。
經(jīng)過(guò)研宄生期間的不懈努力，在Delta機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，結(jié)合了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng) 力學(xué)理論、高等動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人軌跡規(guī)劃理論、Linux系統(tǒng)、機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS、電 氣控制硬件等相關(guān)技術(shù)，順利完成了機(jī)器人的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)工作，取得的成果如下：
1) 為滿足機(jī)床高速高精的加工要求，設(shè)計(jì)了直線電 機(jī)驅(qū)動(dòng)高速立式加工中心的整體結(jié)構(gòu)，在方案設(shè)計(jì)中，充 分考慮結(jié)構(gòu)布局、電機(jī)選型、功能部件選擇，利用直線電 機(jī)作為立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元可以提高立式加工 中心的切削進(jìn)給速度和控制精度，提高生產(chǎn)效率。2) 對(duì)設(shè)計(jì)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)高速立式加工中心整機(jī) 基于有限元的靜動(dòng)態(tài)特性分析，結(jié)果顯示：整機(jī)具有良 好的強(qiáng)度、剛度和抗振特性，滿足粗加工及加減速對(duì)機(jī) 床結(jié)構(gòu)的剛性、強(qiáng)度及抗振特性要求，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。