燕山大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃課件

1、燕 山 大 學(xué) 大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃結(jié)題答辯 課題名稱：一種新型3-5R并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人 所在學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 學(xué)生姓名：孫龍慶 戚煒 霍杰 指導(dǎo)教師：李仕華 馬筱聰 項(xiàng)目研究創(chuàng)新點(diǎn)與特色 項(xiàng)目研究內(nèi)容項(xiàng)目研究結(jié)果一種新型3-5R并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人 項(xiàng)目研究創(chuàng)新點(diǎn)與特色1、采用燕山大學(xué)提出的一種3-RRRRR機(jī)構(gòu)2、采用柔性運(yùn)動(dòng)副3、采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)4、通過實(shí)體造型與分析軟件來進(jìn)行機(jī)器人本體的設(shè)計(jì)和靜剛度分析5、主控模塊以單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片為核心項(xiàng)目研究內(nèi)容3-5R并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究微動(dòng)機(jī)器人柔性本體的設(shè)計(jì)微動(dòng)機(jī)器人本體靜剛度分析 機(jī)器人本體加工機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 3-5R并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究自由

2、度的計(jì)算 F=613-515=3 線框模型位置反解3-5R并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究坐標(biāo)變換的m文件syms f1 f2 f3 f4 f5 ar01 ar12 ar23 ar34 ar45 ar56 s1 s2 s3 s4 s5 a01 a12 a23 a34 a45 a56 R px py pz;T01=cos(f1),-sin(f1),0,0;sin(f1),cos(f1),0,0;0,0,1,0;0,0,0,1;T12=cos(f2),-sin(f2),0,a12;sin(f2),cos(f2),0,0;0,0,1,0;0,0,0,1;T23=cos(f3),-sin(f3),0,a23;si

3、n(f3),cos(f3),0,0;0,0,1,s3;0,0,0,1;T34=cos(f4),-sin(f4),0,0;sin(f4)*cos(ar34),cos(f4)*cos(ar34),cos(ar34),0;sin(f4)*sin(ar34),cos(f4)*sin(ar34),cos(ar34),0;0,0,0,1;T45=cos(f5),-sin(f5),0,a45;sin(f5),cos(f5),0,0;0,0,1,s5;0,0,0,1;T56=1,0,0,a56;0,cos(ar56),-sin(ar56),0;0,sin(ar56),cos(ar56),0;0,0,0,1;T

4、o0=1,0,0,-sqrt(3)/3*R;0,0,-1,0;0,1,0,0;0,0,0,1;To6=1,0,0,px;0,1,0,py;0,0,1,pz;0,0,0,1;3-5R并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究位置反解矩陣方程：inv(T01)*inv(To0)*To6=T12*T23*T34*T45*T56;3-5R并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究1，2，3，4，5坐標(biāo)系如圖；0坐標(biāo)系為固定坐標(biāo)系，初始時(shí)與1坐標(biāo)系重合；s坐標(biāo)系為固定坐標(biāo)系，是0坐標(biāo)系繞x旋轉(zhuǎn)-45度得到；6坐標(biāo)系為動(dòng)平臺坐標(biāo)系，初始時(shí)，x6與x0反向，z6由z0繞x0旋轉(zhuǎn)225度得到。3-5R并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究syms f1 f2 f3 f4

5、 f5 a1 a2 d3 ar3 a4 a r xo5 yo5 zo5 x0 T01=cos(f1),-sin(f1),0,0;sin(f1),cos(f1),0,0;0,0,1,0;0,0,0,1T12=1,0,0,a1;0,1,0,0;0,0,1,0;0,0,0,1*cos(f2),-sin(f2),0,0;sin(f2),cos(f2),0,0;0,0,1,0;0,0,0,1T23=1,0,0,a2;0,1,0,0;0,0,1,0;0,0,0,1*cos(f3),-sin(f3),0,0;sin(f3),cos(f3),0,0;0,0,1,0;0,0,0,1*1,0,0,0;0,1,0,

6、0;0,0,1,d3;0,0,0,1T34=1,0,0,0;0,cos(ar3),-sin(ar3),0;0,sin(ar3),cos(ar3),0;0,0,0,1*cos(f4),-sin(f4),0,0;sin(f4),cos(f4),0,0;0,0,1,0;0,0,0,1T45=1,0,0,a4;0,1,0,0;0,0,1,0;0,0,0,1*cos(f5),-sin(f5),0,0;sin(f5),cos(f5),0,0;0,0,1,0;0,0,0,1T56=cos(pi+ar3),0,sin(pi+ar3),0;0,1,0,0;-sin(pi+ar3),0,cos(pi+ar3),0

7、;0,0,0,1*1,0,0,0;0,cos(r),-sin(r),0;0,sin(r),cos(r),0;0,0,0,1*1,0,0,xo5;0,1,0,yo5;0,0,1,zo5;0,0,0,1Ts0=1,0,0,0;0,cos(r),-sin(r),0;0,sin(r),cos(r),0;0,0,0,1Ts6=-1,0,0,x0-a;0,1,0,a;0,0,-1,-a;0,0,0,1T1= simplify （simplify（inv（T01）*inv(Ts0)*Ts6*inv（T56）T2= T12*T23*T34*T45微動(dòng)機(jī)器人柔性本體的設(shè)計(jì) 微動(dòng)機(jī)器人柔性本體的設(shè)計(jì) 微動(dòng)機(jī)器人柔

8、性本體的設(shè)計(jì)機(jī)器人本體靜剛度分析 機(jī)器人本體靜剛度分析有限元分析得到，2mm壁厚柔性機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)位移和動(dòng)平臺位移的關(guān)系，以下為在三分支上施加相同驅(qū)動(dòng)力時(shí)得到的對應(yīng)驅(qū)動(dòng)位移和動(dòng)平臺位移：5N,0.4439um,12.24nm10N,0.8878um,24.48nm20N,1.776um,48.96nm30N,2.663um,73.44nm50N,4.439um,122.4nm100N,8.878um,244.8nm機(jī)器人本體靜剛度分析 在3個(gè)分支同時(shí)施加100N法向力時(shí)：2mm模型驅(qū)動(dòng)位移為8.878um，動(dòng)平臺位移為244.8nm；而原來1mm模型驅(qū)動(dòng)位移為20.32um，動(dòng)平臺位移為31

9、0.7nm；而當(dāng)1mm模型3分支同時(shí)施加50N力時(shí)，驅(qū)動(dòng)位移為10.16um，動(dòng)平臺位移155.3nm 機(jī)器人本體靜剛度分析機(jī)器人本體靜剛度分析 在3個(gè)分支同時(shí)施加100N法向力時(shí)：2mm模型驅(qū)動(dòng)位移為8.878um，動(dòng)平臺位移為244.8nm；而動(dòng)平臺切除后，驅(qū)動(dòng)位移為9.241um，動(dòng)平臺位移約為200nm。與切除前相比，有略微的改變，但影響不大。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主控方案1 主控方案1ORG 0000H start: jmp main ORG 0030H main: clr P3.5 ;LOADDACS清零 mov P1,#00H ;P1口清零 mov

10、DPH,#7CH ;8255工作方式 mov A,#80H movx DPTR,A mov DPH,#3CH ;8255PB口清零 mov A,#00H movx DPTR,A read: mov c,P3.2 ;是否按下START按鈕 jnc act sjmp read act: mov R0,#80H ;輸入幅值電壓，從#01H到#0FFH,(最大為#00H,還未;考慮) mov R1,#10H ;輸入步長，根據(jù) 電壓2(v2)頻率(Hz)負(fù);載（uF）=50000 計(jì)算 mov P1,#00H ;P1口清零 mov DPH,#3CH ;8255PB口清零 mov A,#00H movx

11、DPTR,A ;電壓由零直線上升 loop0: nop nop nop nop nop nop nop loop1: call OutDAC add A,R1 movx DPTR,A ;寫PB口 jnz loop0 inc P1 ;寫P1口 mov A,R0 cjne A,P1,Continue jmp Over Continue: mov A,#00H jmp loop1 Over: mov A,#00H call OutDAC nop nop nop nop mov c,P3.3 ;是否按下 “卸載” 按鈕 jc loop1主控方案1;電壓由幅值直線下降到零loop2: dec P1 lo

12、op3: clr c subb A,R1 movx DPTR,A nop nop nop call OutDAC jz loop4 nop jmp loop3 loop4: cjne P1,#00H,loop2 call OutDAC jmp start ;輸出DAC子程序 OutDAC: ;push ACC ;保護(hù)A和DPH push DPH ;2周期 mov DPH,#80H ;產(chǎn)生DACA寫信號，4周期 movx DPTR,A mov DPH,#88H ;產(chǎn)生DACB寫信號 movx DPTR,A mov DPH,#90H ;產(chǎn)生DACC寫信號 movx DPTR,A setb P3.5

13、 ;產(chǎn)生LOADDACS上升沿 ，3周期 nop clr P3.5 pop DPH ;還原A和DPH ;pop ACC ret end 主控方案2主控方案2 ORG 0000H start: jmp main ORG 0030H main: mov sp,#44H ;堆棧指針初始化 setb P3.0 ;聯(lián)絡(luò)信號無效 mov P1,#FFH ;P1口要輸入 mov DPTR,#8003H ;A8255工作方式 mov A,#80H movx DPTR,A mov A,#FFH ;A8255PA、PB置FF,即數(shù)碼管均滅 mov DPTR,#8000H movx DPTR,A mov DPTR,

14、#8001H movx DPTR,A mov DPTR,#4003H ;B8255工作方式 mov A,#80H movx DPTR,A mov A,#FFH ;B8255PA、PB置FF,即數(shù)碼管均滅 mov DPTR,#4000H movx DPTR,A mov DPTR,#4001H movx DPTR,A mov DPTR,#0C003H ;C8255工作方式 mov A,#80H movx DPTR,A mov A,#FFH ;C8255PA、PB置FF,即數(shù)碼管均滅 mov DPTR,#0C001H movx DPTR,A mov DPTR,#0C002H movx DPTR,A

15、mov DPTR,#2003H ;D8255工作方式 mov A,#81H movx DPTR,A mov A,#0FFH ;外存全部寫入0FFH wrf: mov DPTR,#0000H movx DPTR,A inc DPTR mov R0,DPH cjne R0,#08H,wrf mov 30H,#0C0H ;0-F的共陽極段碼 mov 31H,#0F9H mov 32H,#0A4H mov 33H,#0B0H mov 34H,#099H mov 35H,#092H mov 36H,#082H mov 37H,#0F8H mov 38H,#080H mov 39H,#090H mov 3

16、AH,#088H mov 3BH,#083H mov 3CH,#0C6H mov 3DH,#0A1H mov 3EH,#086H mov 3FH,#08EH mov DPTR,#FFFFH conti: inc DPTR lcall wrr1 coe: mov c,P1.2 ;繼續(xù)還是結(jié)束 jnc conti mov c,P1.3 jc coe mov A,#0FFH ;按了結(jié)束，數(shù)碼管滅 mov DPTR,#8000H movx DPTR,A mov DPTR,#8001H movx DPTR,A mov DPTR,#4000H movx DPTR,A mov DPTR,#4001H mov

17、x DPTR,A mov DPTR,#0C001H movx DPTR,A mov DPTR,#0C002H movx DPTR,A clr P3.0 ;使聯(lián)絡(luò)線有效 jmp $;記錄一組坐標(biāo)的子程序wrr1: push DPH push DPL x0: lcall KEY ;鍵盤子程序，按鍵0-F送入A push ACC x1: lcall KS ;判斷按鍵是否松開 jnz x1 pop ACC push ACC ;保護(hù)x軸高位數(shù) add A,#30H ;x軸高位數(shù)碼管顯示 mov R0,A mov A,R0 mov DPTR,#8000H movx DPTR,A lcall KEY ;鍵盤

18、子程序，按鍵0-F送入A push ACC x2: lcall KS ;判斷按鍵是否松開 jnz x2 pop ACC push ACC ;保護(hù)x軸低位數(shù) add A,#30H ;x軸低位數(shù)碼管顯示 mov R0,A mov A,R0 mov DPTR,#8001H movx DPTR,A pop ACC mov R0,A pop ACC swap A ;A高低半字節(jié)交換，由于A為0-F間的一個(gè)數(shù)，所以此指令相當(dāng)于A#10H add A,R0 mov 40H,A ;40H存放x軸坐標(biāo) lcall KEY ;鍵盤子程序，按鍵0-F送入A push ACC y1: lcall KS ;判斷按鍵是否

19、松開 jnz y1 pop ACC push ACC ;保護(hù)y軸高位數(shù) add A,#30H ;y軸高位數(shù)碼管顯示 mov R0,A mov A,R0 mov DPTR,#4000H movx DPTR,A lcall KEY push ACC y2: lcall KS ;判斷按鍵是否松開 jnz y2 pop ACC push ACC ;保護(hù)y軸低位數(shù) add A,#30H ;y軸低位數(shù)碼管顯示 mov R0,A mov A,R0 mov DPTR,#4001H movx DPTR,A pop ACC mov R0,A pop ACC swap A ;A高低半字節(jié)交換，由于A為0-F間的一個(gè)

20、數(shù)，所以此指令相當(dāng)于A#10H add A,R0 mov 41H,A ;41H存放y軸坐標(biāo) lcall KEY ;鍵盤子程序，按鍵0-F送入A push ACC z1: lcall KS ;判斷按鍵是否松開 jnz z1 pop ACC push ACC ;保護(hù)z軸高位數(shù) add A,#30H ;z軸高位數(shù)碼管顯示 mov R0,A mov A,R0 mov DPTR,#0C000H movx DPTR,A lcall KEY push ACC z2: lcall KS ;判斷按鍵是否松開 jnz z2 pop ACC push ACC ;保護(hù)z軸低位數(shù) add A,#30H ;z軸低位數(shù)碼管

21、顯示 mov R0,A mov A,R0 mov DPTR,#0C001H movx DPTR,A pop ACC mov R0,A pop ACC swap A ;A高低半字節(jié)交換，由于A為0-F間的一個(gè)數(shù)，所以此指令相當(dāng)于A#10H add A,R0 mov 42H,A ;42H存放z軸坐標(biāo) wryon: mov c,P1.0 ;確認(rèn)還是取消 jnc wry mov c,P1.1 jc wryon mov A,#0FFH ;按了取消，數(shù)碼管滅，重新輸入 mov DPTR,#8000H movx DPTR,A mov DPTR,#8001H movx DPTR,A mov DPTR,#400

22、0H movx DPTR,A mov DPTR,#4001H movx DPTR,A mov DPTR,#0C001H movx DPTR,A mov DPTR,#0C002H movx DPTR,A jmp x0 wry: pop DPL ;將x,y,z坐標(biāo)放入外存6116中 pop DPH mov A,40H movx DPTR,A inc DPTR mov A,41H movx DPTR,A inc DPTR mov A,42H movx DPTR,A ret;檢測按了什么鍵的子程序KEY: lcall KS ;檢查是否有鍵閉合 jz KEY LK1: lcall delay2 ;延時(shí)約

23、12ms,去抖動(dòng) lcall KS ;再檢查是否有鍵閉合 jz KEY LK2: mov R2,#EFH ;掃描初值送R2 mov R4,#00H ;掃描行號送R4 LK4: mov DPTR,#2002H mov A,R2 movx DPTR,A nop nop movx A,DPTR jb ACC.0,LONE mov A,#00H jmp LKP LONE: jb ACC.1,LTWO mov A,#04H jmp LKP LTWO: jb ACC.2,LTHR mov A,#08H jmp LKP LTHR: jb ACC.3,NEXT mov A,#0CH jmp LKP NEXT:

24、 inc R4 mov A,R2 jnb ACC.7,KND rl A mov R2,A jmp LK4 KND: jmp KEY LKP: add A,R4 ret;檢測是否按鍵的子程序KS: mov DPTR,#2002H ;D8255PC高位送0 mov A,#00H movx DPTR,A nop ;等待數(shù)據(jù)確實(shí)送到PC口 nop movx A,DPTR ;讀入D8255PC低位 orl A,#0F0H cpl A ret;延時(shí)子程序 delay0:mov R4,#0H;262915usagain0:mov R5,#0Hagain00:nop nop djnz R5,again00 d

25、jnz R4,again0 retdelay1:mov R6,#0H;1027usagain1:nop nop djnz R6,again1 retdelay2:mov R3,#0CH ;去抖動(dòng)時(shí)間again2:lcall delay1 djnz R3,again2 ret end主控方案2主控方案2 ORG 0000H start: jmp main ORG 0030H main: mov sp,#30H ;堆棧指針初始化 clr P3.5 ;LOADDACS無效 mov P1,#FFH ;P1口要輸入 mov DPTR,#8003H ;8255工作方式 mov A,#80H movx DP

26、TR,A lcall OUT_DAC0 ;DAC7744初始化 read： mov c,P1.0 ;讀聯(lián)絡(luò)信號 jc read mov DPTR,#FFFFH conti: lcall READ_R cjne R0,#FFH,NEXT ;繼續(xù)還是結(jié)束,從判斷6116的x坐標(biāo)是否為FF決定 jmp done NEXT: lcall delay ;延時(shí)，其長短取決于壓電陶瓷電路響應(yīng)時(shí)間，及相鄰坐標(biāo)之間的增量（各增量不應(yīng)相差太大） lcall OUT_DAC1 jmp conti done: jmp $ READ_R: inc DPTR movx A,DPTR mov R0,A inc DPTR m

27、ovx A,DPTR mov R1,A inc DPTR movx A,DPTR mov R2,A retOUT_DAC0: mov DPTR,#8001H ;8255PB口置零 mov A,#00H movx DPTR,A nop mov DPTR,#4000H ;寫DACA movx DPTR,A mov DPTR,#4001H ;寫DACB movx DPTR,A mov DPTR,#4002H ;寫DACC movx DPTR,A nop setb P3.5 ;LOADDACS上升沿 nop clr P3.5 ret OUT_DAC1: push DPH ;保護(hù)DPTR push DPL mov DPTR,#8001H mov A,R0 movx DPTR,A nop mov DPTR,#4000H ;R0寫入DACA movx DPTR,A mov DPTR,#8001H mov A,R1 movx DPTR,A nop