Delta機(jī)器人畢業(yè)論文

1、武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要Delta并聯(lián)機(jī)器人是一類全新的機(jī)器人,它具有剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、自重負(fù)荷比小、動(dòng)力性能好等一系列優(yōu)點(diǎn),與目前廣泛應(yīng)用的串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系,因而擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。Delta并聯(lián)機(jī)器人是最典型的空間三自由度移動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu),Delta機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,驅(qū)動(dòng)部分均布于固定平臺(tái),這些特點(diǎn)使它具有良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性,實(shí)驗(yàn)條件下末端控制加速度可高達(dá)5.0g(重力加速度)。大量的實(shí)踐證明,Delta機(jī)構(gòu)是迄今為止設(shè)計(jì)最成功的并聯(lián)機(jī)構(gòu)之一。目前,Delta并聯(lián)機(jī)器人己經(jīng)廣泛應(yīng)用于化妝品、食品和藥品的包裝和電子產(chǎn)品的裝配。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)

2、轉(zhuǎn)為角位移或線位移的開(kāi)環(huán)控制元件。以步進(jìn)電機(jī)作為Delta機(jī)器人的動(dòng)力，其既簡(jiǎn)單廉價(jià)，又可靠穩(wěn)定。它有瞬間啟動(dòng)，急速停止，精度高等特點(diǎn)。在運(yùn)動(dòng)學(xué)反解模型的基礎(chǔ)上，利用VS2008開(kāi)發(fā)了基于Windows平臺(tái)的三自由度Delta機(jī)器人上位機(jī)控制端，實(shí)現(xiàn)了空間坐標(biāo)的反解及數(shù)據(jù)的串口收發(fā)。并設(shè)計(jì)制造了Delta機(jī)器人，設(shè)計(jì)采用二相混合式步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)器人的動(dòng)力來(lái)源。使用S3C6410作為控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)串口數(shù)據(jù)的收發(fā)、對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制及步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。關(guān)鍵詞：Delta機(jī)器人； 位置反解； 步進(jìn)電機(jī)； S3C6410Abstract Parallel robot is a new kind

3、 of robots, It has a serial advantages over serial robots in terms of high stiffness, larger payload, high precision, load/wight ratio and good dynamic capability, it has complementary relationship with serial robots which is widely used in application, as a result, enlarge the whole application fie

4、ld. The Delta parallel robot is the most typical three translation Dof parallel structure, the whole structure is simple and compact, the driving part are evenly distributed to base platform, this characteristics lead to good kinematic and dynamic identity, under experiment, the acceleration can rea

5、ch to 5.0 times of g(acceleration of gravity).A number of experiments proved that, the Delta robot is one of the most successful robots since today. At present, the Delta robot is widely used in the packing of cosmetic, food and medicine as well as assembly of electronic products.The stepping motor

6、is a open-loop control components that could be to transform the electrical pulse signal into angular displacement or linear displacement. The stepping motor is the power of Delta robot which is both simple and cheap, reliable and stable. It has instant start, rapid stop, and high accuracy.On the ba

7、sis of inverse kinematics model, develops the computer control system based on Windows using VC2008, The inverse solution space coordinates and Serial data transceiver. Design and manufacture of Delta robot, Using the two-phase hybrid stepping motor, using S3C6410 as the control core, The lower comp

8、uter serial port to send and receive data and Control of the mechanical motion.Key word: Delta robot; Inverse solution of position; Stepping motor; S3C6410目 錄緒論11 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)相關(guān)工具介紹51.1 OK6410開(kāi)發(fā)板介紹51.2 RVDS開(kāi)發(fā)工具介紹61.3 交叉編譯環(huán)境的搭建71.4 OK6410裸機(jī)程序的燒寫(xiě)82 Delta機(jī)器人詳細(xì)設(shè)計(jì)112.1 硬件結(jié)構(gòu)分析112.1.1 Delta機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)112.1.2 步進(jìn)電機(jī)介紹122

9、.1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器122.1.4 硬件電路連接142.2 三自由度Delta機(jī)器人位置分析172.2.1 Delta機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介172.2.2 位置反解分析172.2.3 位置反解數(shù)值算例203 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)213.1 控制系統(tǒng)控制流程213.2 S3C6410初始化213.3 中斷控制的實(shí)現(xiàn)243.3.1 保存現(xiàn)場(chǎng)253.3.2 處理中斷253.3.3 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)263.4 時(shí)鐘初始化263.4.1 鎖相環(huán)配置263.4.2 分頻器的配置273.5 串口控制273.5.1 時(shí)鐘單元選擇283.5.2 配置波特率發(fā)生器284.5.3 串口中斷控制283.6 定時(shí)器設(shè)置293.7 步進(jìn)電機(jī)

10、控制303.8 上位機(jī)控制程序313.8.1 上位機(jī)串口模塊323.8.2 位置反解計(jì)算模塊334 系統(tǒng)測(cè)試35總結(jié)36參考文獻(xiàn)37致謝38IV緒論引言自從1961年美國(guó)Unimation公司推出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)器人得到了十分迅速的發(fā)展。如今機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，如噴氣、焊接、搬運(yùn)、裝配等工作，在汽車工業(yè)、電子工業(yè)、核工業(yè)、服務(wù)業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生等許多方面都有應(yīng)用。現(xiàn)在所說(shuō)的機(jī)器人多指串聯(lián)機(jī)器人。1965年，英國(guó)高級(jí)工程師Stewart首先提出了一種6自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員4，如圖 1.1示。到1978年，澳大利亞的Hunt教授指出這種機(jī)構(gòu)更接近于人體的結(jié)構(gòu)，

11、可以將此平臺(tái)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)。80年代中期，國(guó)際上研究并聯(lián)機(jī)器人的學(xué)者還寥寥無(wú)幾，出的成果也不多，到80年代末期特別是90年代以來(lái)，并聯(lián)機(jī)器人才被廣為關(guān)注，并成為新的熱點(diǎn)，許多大型會(huì)議都設(shè)有專題進(jìn)行討論。1985年，Clavel提出了一種成為Delta的三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖 1.2示。Delta機(jī)器人是最經(jīng)典的空間三自由度移動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，大多數(shù)空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)都是從Delta機(jī)構(gòu)衍生的。Delta機(jī)器人是一種具有3個(gè)平動(dòng)自由度的高速并聯(lián)機(jī)器人，也是目前商業(yè)應(yīng)用最成功的并聯(lián)機(jī)器人之一。 圖1.1 Stewart平臺(tái) 圖 1.2 Delta機(jī)器人并聯(lián)機(jī)器人研究發(fā)展的現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于并聯(lián)機(jī)器人的

12、研究主要集中于機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制策略等幾個(gè)領(lǐng)域。其中機(jī)構(gòu)學(xué)和運(yùn)動(dòng)分析主要研究并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、奇異形位、工作空間和靈巧度分析等方面，這些研究是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)器人控制和應(yīng)用的基礎(chǔ)。動(dòng)力學(xué)和控制策略的研究主要是對(duì)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和建模，研究各種可能的控制算法，對(duì)并聯(lián)機(jī)器人實(shí)時(shí)控制，以達(dá)到預(yù)期的控制效果11。下面分別對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、機(jī)構(gòu)性能等方面的主要研究成果和趨勢(shì)進(jìn)行闡述：1.運(yùn)動(dòng)學(xué)研究?jī)?nèi)容包括位置正反解、速度和加速度分析兩部分。位置正解是給定并聯(lián)機(jī)器人各輸入關(guān)節(jié)的位置參數(shù)，求解末端執(zhí)行器的位姿參數(shù)；反解就是給定并聯(lián)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿參數(shù)，求解各輸入關(guān)節(jié)的位置參數(shù)

13、。其中，解決位置正解問(wèn)題主要方法有數(shù)值法和解析法兩種。2.并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)研究包括慣性力計(jì)算、受力分析、驅(qū)動(dòng)力矩分析、主負(fù)約束反力分析、動(dòng)力學(xué)模型建立、計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真、動(dòng)態(tài)參數(shù)辨識(shí)等，其中建立動(dòng)力學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)器人控制的基礎(chǔ)。研究動(dòng)力學(xué)特性的方法通常有以下：拉格朗日(L眼range)法、牛頓一歐拉(Newton一Euler)法、凱恩(Kane)法、高斯(Gauss)法等。Lagrange方法建立動(dòng)力學(xué)方程是以系統(tǒng)動(dòng)能和勢(shì)能建立的，它推導(dǎo)復(fù)雜、計(jì)算量大，但用矩陣形式表示的動(dòng)力學(xué)模型既能用于動(dòng)力學(xué)控制，又能用于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬，而且能清楚的表示出各構(gòu)件間的禍合特性，有利于對(duì)系統(tǒng)的禍合特性做深入

14、研究，因此Lagrange方程得到廣泛的應(yīng)用。本文研究的目的與意義 由于并聯(lián)機(jī)器人采用閉環(huán)機(jī)構(gòu),和串聯(lián)機(jī)器人的開(kāi)鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)相比,具有如下特點(diǎn)：1并聯(lián)機(jī)器人其末端件上平臺(tái)同時(shí)由6(或3)根驅(qū)動(dòng)桿支撐，與串聯(lián)的懸臂梁相比，其承載能力高、剛度大，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；由于剛度大，在相同的自重或體積下，并聯(lián)式較串聯(lián)式有較高的承載能力。2串聯(lián)式末端件上的誤差是各個(gè)關(guān)節(jié)誤差的積累和放大，因此誤差大而精度低，并聯(lián)式?jīng)]有那樣的積累和放大關(guān)系，各桿件誤差形成平均值，誤差小而精度高。3串聯(lián)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)大都放在運(yùn)動(dòng)的大小臂上，增加了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)慣性，惡化了系統(tǒng)的動(dòng)力性能；而并聯(lián)機(jī)器人很容易將電機(jī)置于基座上，減少了

15、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，極大地提高了系統(tǒng)的動(dòng)力性能。4在位置求解上，串聯(lián)機(jī)構(gòu)正解容易，反解十分困難，而與之相反的是，并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難而反解卻容易得到。由于機(jī)器人的在線實(shí)時(shí)計(jì)算是要計(jì)算反解，這就對(duì)串聯(lián)式造成了困難，而并聯(lián)式很容易實(shí)現(xiàn)。5相對(duì)于串聯(lián)機(jī)器人，同樣的機(jī)構(gòu)尺寸，并聯(lián)機(jī)器人的工作空間較小，主要是受輸入空間、平臺(tái)和基座的形狀和大小、平臺(tái)和基座及其桿件在空間的相互干涉、奇異位置等約束造成。6由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性具有高度非線性、強(qiáng)禍合的特點(diǎn)，使得其控制較為復(fù)雜。通過(guò)以上分析可知，并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上形成了一種互補(bǔ)的關(guān)系，各自都有其特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，可以說(shuō)并聯(lián)機(jī)器人的出現(xiàn)擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。隨著微

16、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)器人得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。工業(yè)上，并取機(jī)器人可以用在汽車總裝線上安裝輪胎，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以用作飛船對(duì)接器，潛艇救援中的對(duì)接器，飛行模擬器、空間飛行器對(duì)接機(jī)構(gòu)及其地面試驗(yàn)設(shè)備，天文望遠(yuǎn)鏡跟蹤元位系統(tǒng)等，其中Delta機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于食品與藥品的包裝與機(jī)械自動(dòng)生產(chǎn)線上。對(duì)于困難的地下工程，如上方挖掘，也可以利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)器人的一個(gè)重要應(yīng)用就是被稱為“21世紀(jì)的機(jī)床”的虛擬軸機(jī)床。并聯(lián)機(jī)床的中心結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)鏈極短，剛度大，質(zhì)量輕，切削效率高，成本低，很容易實(shí)現(xiàn)6軸聯(lián)動(dòng)，因而可以加工非常復(fù)雜的三維曲面。1994年美國(guó)芝加哥IMTS博覽會(huì)上GIDDINGS&a

17、mp;LEWIS公司推出了新開(kāi)發(fā)的并聯(lián)式VARJAX“虛擬軸機(jī)床”，引起廣泛關(guān)注。并聯(lián)機(jī)器人的另一個(gè)重要的應(yīng)用方面是作為微動(dòng)機(jī)構(gòu)或微型機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)充分發(fā)揮了并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間不犬、精度和分辨率高的特點(diǎn)，在三維空間內(nèi)微小移動(dòng)在220m之間。如在眼科手術(shù)、微細(xì)外科手術(shù)中的細(xì)胞操作、心臟冠狀動(dòng)脈移植等中都得到了很好的應(yīng)用。系統(tǒng)初步介紹 本次設(shè)計(jì)主要包含五大部分： 1.Delta機(jī)器人機(jī)械部分，Delta機(jī)器人以42步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力，使用1:27行星減速器，可以獲得更大的力矩以及更高的精度。機(jī)器人主體由搖臂、連桿、基座平臺(tái)、移動(dòng)平臺(tái)及支架組成。 2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，由于Delta機(jī)器人的特性，需要步

18、進(jìn)電機(jī)低速運(yùn)行，需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行細(xì)分控制。因此，對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有較高要求。本次設(shè)計(jì)采用細(xì)分型高性能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片HST3525芯片作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。獲得更好的性能。 3.電源部分，本次設(shè)計(jì)為充分發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)的性能，主電源采用24V 10A高頻開(kāi)關(guān)電源。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)電壓為5V，固選用5V開(kāi)源電源為驅(qū)動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)電壓。 4.電壓轉(zhuǎn)換部分，S3C6410 的GPIO口輸出高電平為3.3V，為了能驅(qū)動(dòng)HST3525芯片。需要用電壓轉(zhuǎn)換部分將3.3V轉(zhuǎn)換為5V電壓。 5.本次設(shè)計(jì)采用ARM11 SANSUNG S3C6410作為控制芯片，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)解算和電機(jī)控制。S3C6410 是一個(gè) 16

19、/32 位 RISC 微處理器，旨在提供一個(gè)具有成本效益、功耗低，性能高的應(yīng)用處理器解決方案。S3C6410 采用了64/32 位內(nèi)部總線架構(gòu)。該 64/32 位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)由 AXI、AHB 和 APB 總線組成。它還包括許多強(qiáng)大的硬件加速器，像視頻處理，音頻處理，二維圖形，顯示操作和縮放。 用戶輸入坐標(biāo)命令傳遞給解算函數(shù)，解算函數(shù)(x,y,z）->(,)，經(jīng)解算函數(shù)反解后將所需運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)傳遞到串口，串口將命令更新保存在機(jī)器狀態(tài)中。每2ms機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制程序運(yùn)行一次，判斷還需運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)及方向，傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，機(jī)械臂移動(dòng)到對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)。本文的主要工作 本文首先對(duì)Delta機(jī)

20、器人的背景、現(xiàn)狀、目的和意義進(jìn)行了描述，對(duì)Delta機(jī)器人的控制流程進(jìn)行了分析講解，然后對(duì)本控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)的分析，有Delta機(jī)器人機(jī)械部分、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、電壓轉(zhuǎn)換部分、ARM11 SANSUNG S3C6410芯片。在此基礎(chǔ)上，論文詳盡的描述了本控制系統(tǒng)的S3C6410控制部分。包括S3C6410芯片初始化、時(shí)鐘初始化、UART中斷、按鍵中斷、定時(shí)器的使用、空間坐標(biāo)反解等。1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)相關(guān)工具介紹1.1 OK6410開(kāi)發(fā)板介紹 隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，ARM處理器經(jīng)歷了包括ARM7、ARM9在內(nèi)的多個(gè)發(fā)展歷程，而ARM11的成熟應(yīng)用必將為嵌入式的發(fā)展帶來(lái)新的

21、活力，使更高端的產(chǎn)品應(yīng)用成為可能。與ARM9的5級(jí)流水線相比，ARM11擁有一條具有獨(dú)立的load-store和算術(shù)流水的8級(jí)流水線，在同樣工藝下，ARM11處理器的性能與ARM9相比大約提高了40%。ARM11執(zhí)行ARMv6架構(gòu)的指令，ARMv6指令包含了針對(duì)媒體處理的單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）擴(kuò)展，采用特殊的設(shè)計(jì)，以改善視頻處理性能。為了能夠進(jìn)行快速浮點(diǎn)運(yùn)算，ARM11增加了向量浮點(diǎn)單元。所有這些結(jié)構(gòu)上的提高，都是ARM9處理器不可比擬的1。S3C6410是由三星公司推出的一款低功耗、高性價(jià)比的RSIC處理器，它基于ARM11內(nèi)核（ARM1176JZF-S)，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話和通用處

22、理等領(lǐng)域；S3C6410為2.5G和3G通信服務(wù)提供了優(yōu)化的硬件性能，內(nèi)置強(qiáng)大的硬件加速器：包括運(yùn)動(dòng)視頻處理、音頻處理、2D加速、顯示處理和縮放等；集成了一個(gè)MFC(Multi-Format video Codec)支持MPEG4/H.263/H.264編解碼和VC1的解碼，能夠提供實(shí)時(shí)的視頻會(huì)議以及NRSC和PAL制式的TV輸出；除此之外，該處理器內(nèi)置一個(gè)采用最先進(jìn)技術(shù)的3D加速器，支持OpenGL ES 1.1/ 2.0和D3DM API，能實(shí)現(xiàn)4M triangles/s的3D加速；同時(shí)，S3C6410包含了優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器接口，該接口能滿足在高端通信服務(wù)中的數(shù)據(jù)帶寬要求。由于以上突出的

23、性能表現(xiàn)，著名的蘋(píng)果公司手機(jī)IPHONE就是基于S3C6410處理器。OK6410開(kāi)發(fā)板基于三星公司最新的ARM11處理器S3C6410，擁有強(qiáng)大的內(nèi)部資源和視頻處理能力，可穩(wěn)定運(yùn)行在667MHz主頻以上，支持Mobile DDR多種NAND Flash。OK6410開(kāi)發(fā)板上集成了多種高端接口，如復(fù)合視頻信號(hào)、攝像頭、USB、SD卡、液晶屏、以太網(wǎng)，并配備溫度傳感器和紅外接收頭等。這些接口可作為應(yīng)用參考幫助用戶實(shí)現(xiàn)高端產(chǎn)品級(jí)設(shè)計(jì)。OK6410開(kāi)發(fā)板采用核心板+底板結(jié)構(gòu)，核心板尺寸規(guī)格為5CM×6CM，底板尺寸為10.5CM×14CM，核心板與底板之間采用4組高質(zhì)量進(jìn)口連接器

24、（鎳金工藝，接觸好、抗氧化），共計(jì)320個(gè)引腳（80×4），方便客戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，進(jìn)行各種形式的擴(kuò)展應(yīng)用。OK6410的軟件系統(tǒng)目前支持WinCE 6.0、LINUX2.6.28、Android2.1以及uC/OS-II，提供標(biāo)準(zhǔn)板級(jí)支持包（BSP）并開(kāi)放源碼，其中包含了所有接口的驅(qū)動(dòng)程序，客戶可以直接加載使用。另外，該板可連接飛凌公司與之相配套使用的串口擴(kuò)展板、WIFI模塊、攝像頭模塊等。1.2 RVDS開(kāi)發(fā)工具介紹RealView® Development Suite（RVDS）是 ARM 公司繼 SDT 與 ADS1.2 之后主推的新一代開(kāi)發(fā)工具。RVDS 集成的 R

25、VCT 是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的能夠支持所有 ARM 處理器，并提供最好的執(zhí)行性能的編譯器；RVD 是 ARM 系統(tǒng)調(diào)試方案的核心部分，支持含嵌入式操作系統(tǒng)的單核和多核處理器軟件開(kāi)發(fā)，可以同時(shí)提供相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)級(jí)模型 構(gòu)建功能和應(yīng)用級(jí)軟件開(kāi)發(fā)功能，為不同用戶提供最為合適的調(diào)試功效。目前全球基于 ARM 處理器的 40 億個(gè)產(chǎn)品設(shè)備中，大部分的軟件開(kāi)發(fā)是基于 RealView開(kāi)發(fā)工具。安全、可靠和高性能地設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最好選擇就是購(gòu)買 ARM RealView 開(kāi)發(fā)工具。Rvds2.2 集成了 Codewarrior for rvds 開(kāi)發(fā)環(huán)境。Codewarrior for rvds 提供基于 Windows

26、使用的工程管理工具。它的使用使源碼文件的管理和編譯工程變得非常方便。 但 CodeWarrior IDE 在 UNIX 下不能使用 RealView 編譯工具（RVCT）。優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn) C/ C+ 編譯器鏈接器匯編器映像轉(zhuǎn)換工具ARM 目標(biāo)文件管理C 語(yǔ)言庫(kù)RogueWave C+ 標(biāo)準(zhǔn)模版庫(kù)RealView 編輯工具為了給 ARM 架構(gòu)提供最優(yōu)異的支持， ARM 公司經(jīng)過(guò)十六年的研究推出了 ARMRealView 編譯工具。他們包含了能夠?qū)?C 或 C+ 編譯成 32 位 ARM 指令集、16 位 Thumb指令集和 Thumb-2 指令集所必需的軟件部件。RVDS 編譯工具為 ARM 架構(gòu)提

27、供了最優(yōu)異的支持， 它在代碼的速度和大小上有了許多重要改進(jìn)。使用 RVDS 中的編譯工具能為嵌入式 Linux 和 Symbian 系統(tǒng)提供最優(yōu)化的應(yīng)用程序。RVDS 為那些一直在尋求互用 ARM 與 GNU 工具鏈,并且基于 ARM 架構(gòu)的兼容 Application Binary Interface (ABI)的客戶提供空前靈活的支持,使開(kāi)源工具與商業(yè)工具的使用貫穿整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。1.3 交叉編譯環(huán)境的搭建1.安裝Ubuntu 12.04操作系統(tǒng)。Ubuntu 是一個(gè)以桌面應(yīng)用為主的 Linux 操作系統(tǒng)，官網(wǎng)下載Ubuntu 12.04進(jìn)行安裝。嵌入式交叉編譯，經(jīng)常需要 root 用戶

28、的權(quán)限，ubuntu12.04 默認(rèn)是不允許 root 登錄的，在登錄窗口只能看到普通用戶和訪客登錄。以普通身份登陸 Ubuntu 后我們需要做一些修改，用于支持 root 用戶登陸。2.安裝交叉編譯器。將 arm-linux-gcc-4.3.2.tgz 文件拷貝到 Ubuntu 的/forlinx 目錄下，該文件可自行上網(wǎng)下載，也可以在OK6410開(kāi)發(fā)板用戶基礎(chǔ)資料光盤的“實(shí)用工具”文件夾中找到。在 Ubuntu 中新建一個(gè)終端，輸入下面的命令安裝交叉編譯器： （進(jìn)入/forlinx 目錄） （創(chuàng)建目錄，若目錄已存，跳過(guò)即可） （編譯器解壓到 /usr/local/arm）把交叉編譯器路徑添

29、加到系統(tǒng)環(huán)境變量中， 以后可以直接在終端窗口中輸入arm-linx-gcc 命令來(lái)編譯程序。在終端中執(zhí)行:gedit /etc/profile添加以下四行到該文件中：export PATH=/usr/local/arm/4.3.2/bin:$PATHexport TOOLCHAIN=/usr/local/arm/4.3.2export TB_CC_PREFIX=arm-linuxexport PKG_CONFIG_PREFIX=$TOOLCHAIN/arm-none-linux-gnueabi保存，退出。重新啟動(dòng)系統(tǒng)，在終端里面執(zhí)行 arm-linux-gcc 回車，結(jié)果如圖2.1所示：圖 1

30、.1 Ubuntu終端說(shuō)明交叉編譯器已經(jīng)成功安裝到了系統(tǒng)里面，可以使用該編譯器來(lái)編譯 Uboot 代碼和內(nèi)核代碼了。1.4 OK6410裸機(jī)程序的燒寫(xiě)1.燒寫(xiě)裸機(jī)程序前，我們需要做好開(kāi)發(fā)板數(shù)據(jù)線以及電源線的連接。 1)開(kāi)發(fā)板電源線。 2)USB轉(zhuǎn)串口線：一端連接電腦USB口，一端連接開(kāi)發(fā)板。 3)USB device線：一端連接電腦USB口，一端連接開(kāi)發(fā)板。（dnw下載程序使用，需先安裝dnw驅(qū)動(dòng)。） 2.燒寫(xiě)原理：用UBOOT命令nand燒寫(xiě)程序到開(kāi)發(fā)板。 1)通過(guò)SD_Writer.exe將mmc.bin燒寫(xiě)到SD 卡中，將開(kāi)發(fā)板設(shè)置到SD卡啟動(dòng)，具體設(shè)置如表1.1所示。表 1.1 SD卡

31、啟動(dòng)撥碼表引腳號(hào)Pin8Pin7Pin6Pin5Pin4Pin3Pin2Pin1引腳定義SELNANDOM4OM3OM2OM1GPN15GPN14GPN13SD卡啟動(dòng)11111000 注：上表中。1表示撥碼需要調(diào)到On；0表示撥碼需要調(diào)到Off。在撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，務(wù)必把開(kāi)關(guān)撥到底。如果沒(méi)有撥到底，會(huì)導(dǎo)致燒寫(xiě)失敗。 SD_Writer.exe的程序界面如圖 1.2所示。圖 1.2 SD_Writer 2) 將SD卡安裝到開(kāi)發(fā)板中并啟動(dòng)，快速敲空格鍵讓開(kāi)發(fā)板停留在uboot的啟動(dòng)畫(huà)面，如圖1.3所示：圖 1.3 uboot3) 輸入dnw 50008000 下載你要燒寫(xiě)的程序，如圖1.4所示：圖 1.

32、4 dnw下載然后從dnw的usbport->Transmit->Transmit發(fā)送你要生成的led.bin文件。4) 輸入 nand erase 0 100000 擦除nandflash前1Mb空間，如圖1.5所示。圖 1.5 擦除nand flash5) 輸入 nand write.uboot 50008000 0 100000 將內(nèi)存地址50008000中的1Mb數(shù)據(jù)寫(xiě)到nandflash的0100000空間中，如圖1.6所示。(即前1Mb中，uboot中輸入的數(shù)據(jù)默認(rèn)16進(jìn)制)圖 1.6 燒寫(xiě)nand flash6) 將開(kāi)發(fā)板設(shè)置到nandflash啟動(dòng),如表1.2。并啟

33、動(dòng)開(kāi)發(fā)板，你就可以看到程序在開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行了。（由于OK6410采用的是每頁(yè)4KB的nandflash，而CPU默認(rèn)支持最大2KB每頁(yè)的nandflash，種方法可以兼容大的bin文件。）表 1.2 nand flash啟動(dòng)撥碼表引腳號(hào)Pin8Pin7Pin6Pin5Pin4Pin3Pin2Pin1引腳定義SELNANDOM4OM3OM2OM1GPN15GPN14GPN13SD卡啟動(dòng)10011000注：上表中。1表示撥碼需要調(diào)到On；0表示撥碼需要調(diào)到Off。 在撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，務(wù)必把開(kāi)關(guān)撥到底。如果沒(méi)有撥到底，發(fā)生接觸不良，會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。2 Delta機(jī)器人詳細(xì)設(shè)計(jì)2.1 硬件結(jié)構(gòu)分析2.1.1

34、 Delta機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)Delta機(jī)器人基平臺(tái)、搖臂及動(dòng)平臺(tái)由250x250x10mm亞克力透明板切割而來(lái)。圖紙如下： 圖2.1基平臺(tái)圖紙 圖2.2 動(dòng)平臺(tái)圖紙 圖2.3 搖臂圖紙Delta機(jī)器人的關(guān)節(jié)用關(guān)節(jié)軸承代替球頭鉸鏈。關(guān)節(jié)軸承圖紙如圖 2.4。 圖2.4 關(guān)節(jié)軸承2.1.2 步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（稱為“步距角”）它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，區(qū)分步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五

35、相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。考慮到大小與驅(qū)動(dòng)功率的限制，本次設(shè)計(jì)選用42BYGH403二相步進(jìn)電機(jī)，其具體參數(shù)如表2.1：表 2.1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)步距角(°)機(jī)身長(zhǎng)(mm)電壓(V)電流(A)電阻()電感(mH)靜力矩(kg.cm)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(g.cm2)重量(Kg)42BYGH4031.8402.41.651.52.73.5540.25上表數(shù)據(jù)中，因42BYGH403為二相步進(jìn)電機(jī)，固步距角為1.8&

36、#176;，即每一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°。靜力矩也叫保持轉(zhuǎn)矩，是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。 由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。選擇的步進(jìn)電機(jī)靜力矩為3.5kg.cm。在沒(méi)有驅(qū)動(dòng)脈沖輸入時(shí)能更好的穩(wěn)定機(jī)械臂。二相四線步進(jìn)電機(jī)的接線如圖2.5所示：圖 2.5 接線圖2.1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器本次設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)需要低速運(yùn)行，自制帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器較為復(fù)雜，固選用二相混合式步進(jìn)電機(jī)高細(xì)分2A驅(qū)動(dòng)器HST3525。

37、HST3525是采用專利技術(shù)研發(fā)的細(xì)分型高性能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,適合驅(qū)動(dòng)任何中小型2.0A相電流以下兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。每秒兩萬(wàn)次的斬波頻率，可以消除驅(qū)動(dòng)器中的斬波噪聲。為滿足在脈沖頻率不高的情況下實(shí)現(xiàn)低速高細(xì)分、高速時(shí)用低細(xì)分的需求，上位機(jī)先檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器輸出的整步信號(hào)FSTEP，如整步信號(hào)有效，則上位機(jī)輸出新的細(xì)分?jǐn)?shù)(MS2、MS1、MS0)，待下一個(gè)整步出現(xiàn)后，驅(qū)動(dòng)器就以新的細(xì)分?jǐn)?shù)工作。動(dòng)態(tài)改細(xì)分時(shí)，細(xì)分選擇開(kāi)關(guān)SW4、SW5、SW6必須置于OFF狀態(tài)。上位機(jī)初始化后，應(yīng)在輸出脈沖前，設(shè)置細(xì)分?jǐn)?shù)(MS2、MS1、MS0)。如MS2、MS1、MS0為全OFF狀態(tài)，則驅(qū)動(dòng)器不工作，直到MS2

38、、MS1、MS0脫離全OFF狀態(tài)。HST3525驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)：供電電壓AC12-36V或DC12-24V驅(qū)動(dòng)電流0.3-2.0A細(xì)分精度1-128細(xì)分可選 光隔離信號(hào)輸入電機(jī)噪聲優(yōu)化功能可驅(qū)動(dòng)任何2.0A相電流以下兩相、四相混合式步進(jìn)電機(jī)20KHz斬波頻率驅(qū)動(dòng)器電氣規(guī)格：表 2.2 驅(qū)動(dòng)器電氣規(guī)格表說(shuō)明單位最小值典型值最大值輸出電流A0.31.22.0控制信號(hào)輸入電流mA71016步進(jìn)脈沖頻率KHz0.1-100輸入電源電壓VDC122436脈沖低電平時(shí)間s5-驅(qū)動(dòng)器微步細(xì)分設(shè)定：表 2.3 驅(qū)動(dòng)器微步細(xì)分設(shè)定表步數(shù)/轉(zhuǎn)MicroSW4SW5SW62001ONONON4002OFFONON80

39、04ONOFFON16008OFFOFFON320016ONONOFF640032OFFONOFF1280064ONOFFOFF驅(qū)動(dòng)器工作電流設(shè)定：表 2.4 驅(qū)動(dòng)器工作電流設(shè)定表輸出峰值電流SW1SW2SW30.3AONONON0.4AOFFONON0.5AONOFFON0.6AOFFOFFON1.0AONONOFF1.2AOFFONOFF1.5AONOFFOFF2.0AOFFOFFOFF驅(qū)動(dòng)器接口信號(hào)描述：表2.5 驅(qū)動(dòng)器接口信號(hào)表名稱功能PUL脈沖信號(hào)：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步DIR方向信號(hào)：用于改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向，TTL電平驅(qū)動(dòng)VCC光耦驅(qū)動(dòng)電源EN使能信號(hào)：禁止或允許驅(qū)動(dòng)

40、器工作，低電平禁止A+電機(jī)A相A-電機(jī)A相B+電機(jī)B相B-電機(jī)B相AC1接入AC12-36或DC12-24V之間的任意值A(chǔ)C2接入AC12-36或DC12-24V之間的任意值2.1.4 硬件電路連接2.1.4.1 驅(qū)動(dòng)器與S3C6410接線S3C6410包含了187個(gè)多功能輸入/輸出端口管腳，這些管腳被分為（ProtA）GPA-（ProtQ）GPQ17個(gè)端口。端口的管腳均可以設(shè)置成輸入或輸出本次設(shè)計(jì)選用端口GPC端口，GPC包括管腳GPC0GPC7選用GPC0GPC5作為控制信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)選型為兩相四線型42BYGH403 其額定電流為1.65A因此需要驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器HST3525實(shí)現(xiàn)其輸入接

41、口為脈沖信號(hào)和轉(zhuǎn)向信號(hào)，使能端懸空。用S3C2440驅(qū)動(dòng)三臺(tái)42BYGH403步進(jìn)電機(jī)的物理連接圖如圖2.6所示：40 圖 2.6 系統(tǒng)接線其中S3C6410的I/O 輸出高電平為 33V為了能夠驅(qū)動(dòng)HST3525，需用33V轉(zhuǎn)5V轉(zhuǎn)換電路，其實(shí)現(xiàn)如圖2.7所示當(dāng)GPC0的輸出是0的時(shí)候輸出會(huì)被拉成5V左右當(dāng)GPC0的輸出時(shí)33V時(shí)由于三極管導(dǎo)通此時(shí)輸出被拉低成0，因此在給出GPC的輸出時(shí)還要注意將電平進(jìn)行反轉(zhuǎn)。 圖 2.7 3.3V轉(zhuǎn)5V電路圖 3.1.4.2 USER IO接口USER IO口為OK6410開(kāi)發(fā)板的擴(kuò)展口。（用到的IO口）GND -GNDSPIMOSIO3 GPC2SPIC

42、S0 -GPC3SPICLK0-GPC1SPIMISCO0-GPC0SPICS1-GPC7SPIMISO1-GPC4SPIMOSI1-GPC6圖 2.8 USER IO SPICLK1-GPC52.1.4.3 UART串口電路本次設(shè)計(jì)使用UART 接口實(shí)現(xiàn)RS-232通信的硬件電路。S3C6410 的UART 接口為 LVTTL 電平，邏輯“1”是高電平 23.3V，邏輯“0”是低電平 00.8V。而 R-S232 接口的電平范圍是-15+15V，采用負(fù)邏輯，即邏輯“1”為-3-15V，邏輯“0”為+3+15V。要使二者之間進(jìn)行正常通信，就必須要通過(guò)一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路將 TTL 高電平表示的“1

43、”轉(zhuǎn)換成 RS-232 的負(fù)電壓信號(hào)，把 TTL 低電平表示的“0”轉(zhuǎn)換成 RS-232 的正電壓信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中采用常見(jiàn)的電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX202來(lái)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，UART0 的電平轉(zhuǎn)換電路如圖 2.9 所示。TXD0、RXD0分別連接S3C6410的GPA1、GPA0。RTSN0與CTSN0為自動(dòng)流量控制，本次設(shè)計(jì)沒(méi)有用到自動(dòng)流量控制，在UNCON0寄存器中禁止自動(dòng)流量控制。 圖 2.9 UART串口電路3.1.4.4 按鍵電路接有10K的上拉電阻，按下按鍵I/O口為低電平，GPNDAT寄存器數(shù)據(jù)為0。電路如圖 2.10所示。圖 2.10 按鍵電路2.2 三自由度Delta機(jī)器人位置分析2

44、.2.1 Delta機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 Delta機(jī)器人由靜平臺(tái)（上平臺(tái)）、動(dòng)平臺(tái)（下平臺(tái)）、3根主動(dòng)桿、3個(gè)平行四邊形從動(dòng)支鏈組成（結(jié)構(gòu)如圖2.11）?；脚_(tái)的三邊通過(guò)三條相同的運(yùn)動(dòng)鏈分別連接到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的三條邊上。每條運(yùn)動(dòng)鏈中有一個(gè)由四個(gè)球鉸與桿件組成的平行四邊形閉環(huán)，此閉環(huán)再與一個(gè)帶轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)臂相串聯(lián)，驅(qū)動(dòng)臂的一端固定在靜平臺(tái)上，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下作一定角度的反復(fù)擺動(dòng)。這三條運(yùn)動(dòng)鏈決定了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)不能繞任何軸線旋轉(zhuǎn)，但可以在直角坐標(biāo)空間沿x,y,z三個(gè)方向平移運(yùn)動(dòng)，即具有三個(gè)自由度12。分析該機(jī)構(gòu),容易知道該機(jī)構(gòu)具有局部冗余自由度,即球鉸之間的連桿可以繞自身軸轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算自

45、由度時(shí)將四個(gè)球鉸中的兩個(gè)按虎克鉸考慮，以便消除局部自由度的影響。 圖 2.11 Delta機(jī)器人機(jī)構(gòu)圖計(jì)算空間機(jī)構(gòu)自由度 Kutzbach-Grubler 公式可知：F=6n-g-1+i-1gfi式中：n為機(jī)構(gòu)桿件數(shù)；g為運(yùn)動(dòng)副個(gè)數(shù)；i-1gfi為所有運(yùn)動(dòng)副自由度之和。得出F=6×17-21-1+3×6+1×15=32.2.2 位置反解分析求解位置反解即給定運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的中心點(diǎn)在基座坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，求解基座平臺(tái)的三個(gè)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，也就是三個(gè)驅(qū)動(dòng)臂對(duì)基座平臺(tái)的張角。運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問(wèn)題的求解是機(jī)器人控制的關(guān)鍵，因?yàn)橹挥惺垢麝P(guān)節(jié)變量按反解中求得的值運(yùn)動(dòng)，才能使末端操作器達(dá)到

46、所要求的位姿。為了方便求解三自由度平臺(tái)的空間位置關(guān)系，研究平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，需要將機(jī)構(gòu)稍加改造。考慮到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)只有平動(dòng)而無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)靜平臺(tái)姿態(tài)固定，機(jī)構(gòu)中所有平行四邊形框架始終為平面四邊形，不會(huì)扭曲為空間四邊形。在此條件下，平行四邊形左右兩邊的運(yùn)動(dòng)與上下兩邊中點(diǎn)的連線的運(yùn)動(dòng)完全相同。因此，在運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，可以將機(jī)構(gòu)精簡(jiǎn)為圖2.12所示。固定平臺(tái)是為以O(shè)為中心，動(dòng)平臺(tái)為以O(shè)'為中心。三根主動(dòng)桿為圖中的BiEi，長(zhǎng)度均為L(zhǎng)b；從動(dòng)桿為圖中EiPi,長(zhǎng)度均為L(zhǎng)a。首先，為了計(jì)算方便，建立運(yùn)動(dòng)模型圖如圖2.12所示。由圖可以看出，在固定平臺(tái)上建立坐標(biāo)系O-X Y Z，動(dòng)平臺(tái)上建立坐標(biāo)系O'

47、- X' Y' Z'，1，2，3為電機(jī)驅(qū)動(dòng)臂對(duì)基座平臺(tái)的張角。 圖 2.12 結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)，OBi=R，OPi=r，則點(diǎn)Bi在坐標(biāo)系O-X Y Z中的位置矢量為： BiO= RcosRsin0其中，= 4i -36 （i=1,2,3）。也可以得到點(diǎn)Pi在坐標(biāo)系O'- X' Y' Z'中的位置矢量： PiO'= rcosrsin0 其中，= 4i -36 （i=1,2,3）。根據(jù)幾何學(xué)關(guān)系，則Ei點(diǎn)在坐標(biāo)系O-X Y Z中的位置矢量為： ei= (R+Lbsini)cos(R+Lbsini)sin- Lbcosi假設(shè)矢量OO在坐標(biāo)系

48、O-X Y Z中C0= x y zT,則矢量OPi在坐標(biāo)系O-X Y Z可表示為： PiO= rcos+xrsin+yz因此，根據(jù)PiEi= La，可推導(dǎo)出下列公式：R+Lbsini-rcos-x2+(R+Lbsini-r)sin-y2+(-Lbcosi-z)2= La2 (1)為運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解公式。上式整理簡(jiǎn)化，得Aiti2+ Biti+ Ci=0 (i=1,2,3). (2)ti= tan(12i) (i=1,2,3);式中Ai，Bi，Ci均為已知量，所以等式(2)即為關(guān)于ti的一元二次方程。ti= -Bi±Bi2-4AiCi2Ai i=1,2,3 (3).因此，當(dāng)給定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

49、的位置根據(jù)下式直接可求出電機(jī)的輸入，即驅(qū)動(dòng)臂的張角。 i=2arctan(ti)式(3)中的Ai，Bi，Ci經(jīng)一系列的計(jì)算后可得到：A1= La2-Lb2-x2-y2-z2-R-r2+(R-r)(3x+y)Lb+2zB1= -22R-r-3x-yC1= La2-Lb2-x2-y2-z2-R-r2+(R-r)(3x+y)Lb-2zA2= La2-Lb2-x2-y2-z2-R-r2-(R-r)(3x+y)Lb+2zB2= -22R-r+3x-yC2= La2-Lb2-x2-y2-z2-R-r2-(R-r)(3x+y)Lb-2zA3= La2-Lb2-x2-y2-z2-R-r2-2y(R-r)2Lb

50、+zB3= -2(R-r+y)C3= La2-Lb2-x2-y2-z2-R-r2-2y(R-r)2Lb+z2.2.3 位置反解數(shù)值算例通過(guò)上面的分析得到了Delta三自由度并聯(lián)機(jī)器人的位置反解計(jì)算公式，下面就以本次設(shè)計(jì)的Delta機(jī)器人的機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。本次設(shè)計(jì)Delta機(jī)器人機(jī)構(gòu)各參數(shù)為：R = 42mm，r = 18mm，La = 243mm，Lb = 120mm，動(dòng)平臺(tái)的位置(x,y,z) = (50,50,100)(mm),經(jīng)計(jì)算得：A1 = 469.596B1 = 177.205C1 = 69.596A2 = 434.954B2 = -169.205C2 = 34.954A3

51、= 211.137B3 = -148C3 = 11.1371=0.15707(rad)2=0.39929(rad)3=0.46162(rad)3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.1 控制系統(tǒng)控制流程用戶PC串口服務(wù)程序機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制程序（中斷內(nèi)）坐標(biāo)反解解算函數(shù)(x,y,z)=>(,)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序（定時(shí)中斷內(nèi)）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)1步進(jìn)電機(jī)2步進(jìn)電機(jī)3機(jī)械結(jié)構(gòu)反饋S3C6410判斷步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向與所需運(yùn)動(dòng)步數(shù)圖 3.1 控制系統(tǒng)流程圖工作總流程：用戶輸入坐標(biāo)命令傳遞給解算函數(shù)，解算函數(shù)(x,y,z）->(,)，經(jīng)解算函數(shù)反解后將所需運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)傳遞到串口，串口將命令更新保存

52、在機(jī)器狀態(tài)中。每2ms機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制程序運(yùn)行一次，判斷步進(jìn)電機(jī)還需運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)及方向，傳遞給電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，機(jī)械臂移動(dòng)到對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)。3.2 S3C6410初始化 S3C6410的啟動(dòng)代碼的作用為硬件的初始化及調(diào)用C函數(shù)。硬件初始化流程如圖3.2所示。Start跳轉(zhuǎn)至reset關(guān)閉看門狗設(shè)置棧 8K初始化時(shí)鐘、DDR、串口代碼重定位將程序從NAND Flash復(fù)制到DDR內(nèi)存清除BSS段中斷初始化打開(kāi)中斷，進(jìn)入user modebl main()圖 3.2 S3C6410初始化流程看門狗是S3C6410內(nèi)的一個(gè)定時(shí)器，其作用是在CPU啟動(dòng)后，3s內(nèi)若無(wú)任何對(duì)看門狗寄存器的操作將會(huì)強(qiáng)制復(fù)

53、位系統(tǒng)。所以在硬件初始化是需要往0x7E004000（WTCON）地址寫(xiě)0，關(guān)閉看門狗。S3C6410內(nèi)有8K的片內(nèi)內(nèi)存，上電后從0地址開(kāi)始運(yùn)行，但是本次設(shè)計(jì)的代碼大于8K，程序無(wú)法完整復(fù)制至片內(nèi)內(nèi)存，需要將程序從NAND flash中復(fù)制到DDR內(nèi)運(yùn)行。上電后從NAND flash復(fù)制8K程序到片內(nèi)內(nèi)存，在這8K程序中，必須完成硬件初始化、DDR初始化和程序從NAND flash中拷貝到DDR中，這樣才能保證S3C6410 CPU程序可以跳轉(zhuǎn)到DDR，保證程序的順利進(jìn)行，具體流程如圖3.3所示。DDR內(nèi)存初始化程序的重定位程序復(fù)制至DDR內(nèi)存清除BSS段圖 3.3 程序復(fù)制至DDRDDR內(nèi)存

54、的初始化在8K片內(nèi)內(nèi)存進(jìn)行，還未進(jìn)行重定位，只能用位置無(wú)關(guān)命令進(jìn)行初始化。初始化包括使能時(shí)鐘、預(yù)充電、自刷新，初始化完成后才能進(jìn)入讀寫(xiě)數(shù)據(jù)狀態(tài)。程序重定位是把代碼段、數(shù)據(jù)段復(fù)制到鏈接地址去，實(shí)現(xiàn)如下：adr r0, _start /* 獲得_start指令當(dāng)前所在的地址 : 0*/ldr r1, =_start /* _start的鏈接地址 0x51000000 */ldr r2, =bss_start /* bss段的起始鏈接地址 */sub r2, r2, r1程序從NAND flash復(fù)制到DDR內(nèi)存用copy2ddr函數(shù)實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行復(fù)制之前需要調(diào)用nand_init()函數(shù)對(duì)NAND flash進(jìn)行初始化。在Li