1、目錄目錄1前 言2第一章 注意事項31.1 開箱注意事項31.2 使用時注意事項3第二章 系統構成42.1 機械部分42.2 控制系統42.3 控制電氣原理5第三章 系統安裝63.1 安裝運動控制卡63.2 連線63.3 安裝軟件73.4 GPM系列并聯機構使用73.5 注意事項7第四章 GPM并聯機構運動學84.1 GPM-200并聯機構幾何參數84.2 GPM-200并聯機構正向運動學84.3 GPM-200并聯機構反向運動學94.4 GPM-200并聯機構工作空間的確定10第五章 GPM并聯機構運動規劃與控制11附錄A：軟件使用說明13A.1 界面13A.2 使用13附錄B：電氣原理圖1

2、5前 言兩自由度并聯機構GPM系列是一種基于并聯機構原理和執行器冗余技術的新一代教學和研究裝置。用于自動控制和機電一體化等專業的機器人課程教學，輔助完成從機器人機構學、運動學、動力學、運動規劃到編程等各類專業機器人課程教學大綱的教學任務，通過親自動手操作和軟件編程，幫助學生理解和掌握機器人的基本原理和應用方法。同時可作為一個非線性系統，用于開發和驗證各種非線性控制算法，輔助進行自動控制理論的各種實驗。在安裝、使用和維護之前，請仔細閱讀本使用手冊。請將本手冊備在身邊，以備需要時隨時查閱。不正確的操作將會導致重大人身事故警告標志不正確的操作會導致設備損壞被禁止的操作必須要做的操作第一章 注意事項1

3、.1 開箱注意事項l 開箱之后，先檢查GPM并聯機構及其配套件有無短缺、損壞。l GPM系列并聯機構系統清單如下：附件數量GPM系列并聯機構主體（含伺服電機）1并聯機構臂1（副）控制箱1GT400-SV運動控制卡162芯屏蔽電纜2電源電纜115PIN電纜(DB)225PIN電纜(DB)14芯電纜(航空插頭)3DB9PIN電纜1光盤1內容GT-400-SV運動控制卡用戶使用手冊GT-400-SV運動控制卡DOS環境下庫函數，應用實例和測試軟件GT-400-SV運動控制卡Windows動態鏈接庫，應用實例和測試軟件GPM系列并聯機構用戶使用手冊及演示程序1.2 使用時注意事項l GPM系列并聯機構

4、要擺放在有足夠強度和穩度的桌面或地面上；l 不要在高溫和潮濕的環境中使用該設備；l 在使用時，要注意使并聯機構有足夠的運動區間，不得使其與其它物體干涉。第二章 系統構成固高科技（深圳）有限公司開發的GPM系列并聯機構系統組成如下圖1.1所示，它包含電控箱、并聯機構本體及由運動控制卡和相關軟件組成的運動控制平臺等三大部分。其中普通PC機由客戶自己提供，也可由本公司選配。2.1 機械部分GPM系列并聯機構機械部分主要包括： 機械平臺（530×600×70）(mm×mm×mm)并聯機構臂（244×244）×3 控制平臺電控箱鋰電池電機及減速

5、機 并聯機構本體圖1.1 GPM系列并聯機構系統2.2 控制系統GPM系列并聯機構控制系統主要由普通PC機、電控箱、固高運動控制卡、伺服電機及相關軟件組成。伺服電機及編碼器采用松下MSMA042C交流伺服電機(帶17位絕對型編碼器)；絕對編碼器電源（位于面板底下3節3.6V鋰電池）。電控箱包含松下MSDA043D交流伺服驅動器，24V直流電源，斷路器，接觸器，按鈕開關等。工作機理：PC機通過主機通訊接口向運動控制器發出運動控制指令，并通過該接口獲取運動控制器的當前狀態和相關控制參數。運動控制器完成實時軌跡規劃、輸出控制、主機命令處理和控制器I/O管理。運動控制器通過三路輸出接口控制電機實現主機

6、要求的運動。從而實現三個軸的各種運動。原理框圖如下：絕對位置伺服電機伺服驅動器運動控制器PC機增量信號光電編碼器絕對型編碼器反饋信號通過伺服驅動器變換成絕對信號及增量信號，絕對信號通過RS-232串口送至主PC機，使PC機讀取絕對位置，增量信號送至運動控制卡讀取增量位置。筆架部分可以根據需要換成電磁鐵，該部分由氣缸來驅動。氣缸和電磁鐵的動作由GT400-SV-PCI的IO來控制。2.3 控制電氣原理控制電氣原理原理見附錄。第三章 系統安裝將運動控制卡從防靜電袋中取出之前，請將手與有效接地的導體接觸一會兒，以去除靜電。不要用手接觸卡上的芯片，以免損壞運動控制卡3.1 安裝運動控制卡檢查運動控制卡

7、的外觀有無損壞；關閉計算機電源，打開機箱；將運動控制卡插入PCI槽中；用螺釘鎖緊運動控制卡和轉接頭；將轉接頭和卡上的CN2插座用轉接電纜連上；合上機箱。3.2 連線進行連接前，請先確認斷路器，主電源開關處于斷開狀態；CN1CN23#信號2#信號1#信號15PIN4PIN1#電源總電源斷路器9PIN3PIN25PIN絕對編碼器將運動控制卡的CN1插口和電控箱的CN1插口用屏蔽電纜連結起來；將轉接頭(CN2)的插口和電控箱的CN2插口用屏蔽電纜連結起來；將電控箱的25/15針插口(伺服電機信號插座)和并聯機構的相應插頭（1#信號、2#信號、3#信號分別對應）相連接；電控箱后面板示意圖將伺服電機電源

8、線插頭（4芯）與電控箱相應的4針伺服電機電源插座（1#電源、2#電源、3#電源分別對應） 相連接。將絕對編碼器信號線插頭（9芯）與電控箱的絕對編碼器信號（4針）插座連接。另一端接入計算機的串口一（COM1）。將電源線一端插入電控箱總電源插座，另一端接入220V AC電源。電源電纜均用于強電，如有破損可能導致人身事故特別說明：必須確認相應電纜連接無誤后，方可通電。3.3 安裝軟件GPM系列并聯機構系統附帶光盤含如下軟件：GT-400-SV-ISA(PCI)運動控制卡用戶使用手冊。GT-400-SV-ISA(PCI)運動控制卡DOS環境下庫函數，應用實例和測試軟件。GT-400-SV-ISA(PC

9、I)運動控制卡Windows動態鏈接庫，應用實例和測試軟件。GPM系列并聯機構用戶使用手冊及演示程序（含源代碼）。使用之前請閱讀README.DOC。1Windows環境下驅動程序、測試軟件的安裝及動態鏈接庫的使用，請參閱GT-400-SV運動控制卡用戶使用手冊附錄A。2Windows環境下的應用實例，請復制到硬盤相應位置，使用相關軟件（如：VC，VB，DP等）打開。3對于DOS環境下的測試軟件，直接復制到相應的目錄下即可運行，該軟件可運行在Windows環境下，但我們推薦在DOS實模式下運行。4對于DOS環境下的應用實例，可將實例和庫函數直接復制到相應的目錄下，然后使用打開相應軟件（如BC3

10、.1），建立工程，將實例和庫函數添加到工程中進行編譯。（請注意編譯模式和庫函數要相對應）5并聯機構的演示程序為Windows環境，運行DemoSetupsetup.exe即可。3.4 GPM系列并聯機構使用1 首先確認系統連線正確；2 打開PC機；3 閉合控制箱背面的斷路器；4 按下面板上的綠色“啟動按鈕”打開控制電路，此時控制電源指示燈(GREEN)點亮；5 按下面板上的紅色“停止按鈕”，此時控制電源指示燈滅，控制電路不能工作。3.5 注意事項1.在進行系統連線、拆卸與安裝前，必須關閉系統所有電源。2. 使用前請仔細檢查連線。使用運動控制卡測試程序或者在調試程序中，必須卸下并聯機構臂，否則很

11、有可能引起并聯機構臂因受力斷裂，電機損壞，甚至人身意外的危險。第四章 GPM并聯機構運動學本章簡述的并聯機構運動學，只研究并聯機構的各連桿間的位移關系以及軟件實現的方法。為了并聯機構的各連桿間的位移關系，建立如下坐標系：4.1 GPM-200并聯機構幾何參數Y3A3B1l11l31l121l32B3A1C（X，Y）l222B2Xl21A2O如上圖建立坐標系后，GPM-200并聯機構幾何參數為：連桿長度相等：l11=l12=l21=l22=l31=l32=l1=244mm；電機位置A1（xa1,ya1），A2(xa2,ya2)，A3(xa3,ya3)在坐標系中的坐標為：A1（0，250），A2（

12、433，0），A3（433，500）連桿關節：B1(xb1,yb1),B2(xb2,yb2),B3(xb3,yb3)4.2 GPM-200并聯機構正向運動學對于正向運動學，就是已知電機轉角位置1，2，3；求并聯機構連桿末端位置C(X,Y)坐標。 從以上坐標系中的幾何關系可得：xb1=xa1+l1×cos(1); yb1=ya1+l1×sin(1); xb2=xa2+l1×cos(2); yb2=ya2+l1×sin(2); xb3=xa3+l1×cos(3); yb3=ya3+l1×sin(3); A=xb1×xb1+yb1

13、×yb1; B=xb2×xb2+yb2×yb2; C=xb3×xb3+yb3×yb3; 因為連桿等長，B1,B2,B3與C點的距離相等，連立方程并求解，可得C點坐標：X=(A×(yb2-yb3)+B×(yb3-yb1)+C×(yb1-yb2)/(2×(xb1×(yb2-yb3)+xb2×(yb3-yb1)+xb3×(yb1-yb2);Y=(A×(xb3-xb2)+B×(xb1-xb3)+C×(xb2-xb1)/(2×(xb1×

14、(yb2-yb3)+xb2×(yb3-yb1)+xb3×(yb1-yb2);在軟件設計中，FrowardKinematicsch()為正向運動學的求解函數；Public Sub ForwardKinematicsch(angle1 As Double, angle2 As Double, angle3 As Double)4.3 GPM-200并聯機構反向運動學對于反向運動學的求解，就是已知并聯機構連桿末端位置C(X,Y)；求電機的角度位置1，2，3。從以上坐標系中的幾何關系可得：a1c為直線A1C的長度；a2c為直線A2C的長度；a3c為直線A3C的長度；1為直線A1C與

15、X軸的夾角，2為直線A2C與X軸的夾角，3為直線A3C與X軸的夾角。1=arctg(y-ya1)/(x-xa1); 2=+arctg(y-ya2)/(x-xa2);3=+arctg(y-ya3)/(x-xa3); a1c =a2c=;a3c=;1=arccos(a1c/(2×l1)+ 1;2=arccos(a2c/(2×l1)+ 2;3=arccos(a3c/(2×l1)+ 3; 換算成角度：1=1×180/;2=2×180/;3=3×180/;在軟件設計中，InverseKinematics()為反向運動學的求解函數；Public

16、Function InverseKinematics(x As Double, y As Double) As Integer4.4 GPM-200并聯機構工作空間的確定工作空間的確定是并聯機構反向運動學中的一個關鍵問題，要確保并聯機構連桿末端規劃點在有效工作范圍，就必須先確定工作空間（即反解存在的區域）。如圖：g3W1是g2和g3的一個交點； W2是g1和g3的一個交點； W3是g1和g2的一個交點 w1w2 在 g3上W3w2w3 在g1上w3w1 在 g2上W1w1w2 、w2w3、w3w1 包括的范圍即為W2g1有效工作范圍 g2g1：g2：g3：在軟件設計中，PointIsInWor

17、kspace() 為判斷連桿末端是否在工作空間的函數；Public Function PointIsInWorkspace(x As Double, y As Double) As Integer第五章 GPM并聯機構運動規劃與控制并聯機構運動的規劃和控制是確保并聯機構三個軸能夠協調工作，使得并聯機構的末端按照所規劃的軌跡運動。進行單軸規劃，機構的運動規劃分解成單軸的運動規劃，單軸規劃如下：先由正向運動學計算出當前點的坐標（xc，yc），加上給定目標位置（xg,yg），運動時間t；則：根據采樣時間將t進行細化，將各軌跡點的位置值計算出來，再由反向運動學計算出各軌跡點對應的3根軸的轉角，并轉換成

18、脈沖數，同時根據3根軸的轉角脈沖數計算各軸相應的速度。通過固高運動控制器的坐標系命令GT_SetVel(),GT_SetPos()發送速度、位置命令，控制3根軸協調工作，從而實現軌跡運動。在軟件設計中：linedemo()為直線運動控制函數：機構末端從當前點到目標點作直線運動。Public Sub linedemo(xg#, yg#, t#)函數中（xg,yg）為目標位置坐標，t為規劃運動時間（假設）。circledemo()為圓周運動控制函數：機構末端以當前點為起點，以給定點為圓心，按給定方向作圓周運動。Public Sub circledemo(xcen#, ycen#, direct A

19、s Integer, t#)函數中（xcen,ycen）為圓心坐標，direct為圓周運動方向，t為規劃運動時間（假設）。GT_ExtOp() 對控制板卡的IO端口操作。該函數采用位操作： Bit 0為氣缸控制。置“0”，為打開Z軸電磁閥，氣缸向下運動。 置“1”，為關閉Z軸電磁閥，氣缸向上運動。（相關命令請參照板卡用戶手冊。）例如：GT_ExOpt (&HFFFE) 氣缸下落，下筆Sleep (300)Call linedemo(250#, 280#, 3000#, 5#) '走直線Sleep (200)GT_ExOpt (&HFFFF) 氣缸抬起，抬筆第六章 維護及

20、常見故障對策定期檢查GPM并聯機構各部件之間的連接，連線及絕對編碼器電源（鋰電池）的狀況。常見故障對策故障現象故障原因對應措施電機不動接線松動或脫落連好連線運動控制卡不正常重裝運動控制卡或換卡絕對編碼器電源不足更換鋰電池異常噪音諧波減速器等機械連接故障電機參數不佳排除機械故障重新調整電機參數特別說明：1、并聯機構超限不停，是控制軟件出錯，應立即按電控箱的急停按鈕，并檢查控制軟件。2、更換鋰電池時，因絕對編碼器掉電，會使電機驅動器報警。必須用通過驅動器將絕對編碼器清零才能消除報警（具體操作見電機驅動器使用說明書）。因此要盡保持絕對編碼器電源。3、電機參數調整需要對電機驅動器有較清楚的了解，因此一

21、般情況不會調整電機參數調整附錄A：軟件使用說明A.1 界面機構當前位置坐標機構初始位置示意命令按鈕運動狀態提示區 運動按鈕演示軟件界面如上圖；屏幕左邊為命令按鈕，中間為并聯機構的坐標狀態提示欄，右邊為機構初始位置示意圖，下邊是運動命令按鈕。運動命令按鈕上部為運動超限提示區。 A.2 使用標定：用鼠標點擊“Calibration”按鈕后，在命令狀態欄會提示："Please Turn The Parallel Mechanism to The Home Position Manually， Then Click TheOKButton”；用手將并聯機構連桿末端移到零點位置，然后按“ OK”將當前點定為零點，并記下絕對編碼器讀數；在運動之前請確認將并聯機構連桿末端移到零點位置運動按鈕：按“Motion” 按鈕，下方的運動