串聯(lián)機(jī)器人相比， 并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、 精度高、 負(fù)載重和易控制等優(yōu)點(diǎn)。三自由度球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)構(gòu)中重要的一類， 可以實(shí)現(xiàn)繞機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動中心的3個(gè)轉(zhuǎn)動自由度。這種機(jī)構(gòu)可用作機(jī)器人的腰、 肩、 髖、 腕等關(guān)節(jié)， 還可用于衛(wèi)星天線和攝像定位裝置， 具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在數(shù)量眾多的各種球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)中， 又以3—3 R球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)最為簡單（ R表示轉(zhuǎn)動副） ， 因此相對其他球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)而言， 3—3 R球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)、 分析、 制造及裝配等方面都具有一定優(yōu)勢， 得到廣泛的研究和應(yīng)用。 　　在制鞋業(yè)中， 由于皮革粘接用的膠水對人體有較大毒性， 自動噴膠設(shè)備已成為制鞋企業(yè)減少人力成本、 提升生產(chǎn)力的有效途徑。制鞋噴膠系統(tǒng)中噴膠對象為具有三維空間曲面的鞋楦底面， 對于空間　　曲面的加工， 至少需要 5個(gè) 自由度， 采用現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人即串聯(lián)單體式結(jié)構(gòu)存在速度低、 負(fù)載小等缺點(diǎn)?？紤]打磨噴膠的工藝特點(diǎn)， 對噴槍和打磨頭主要是位置和姿態(tài)的控制， 并且姿態(tài)變化空間較小， 因此， 采用三維 X Y Z導(dǎo)軌串聯(lián)結(jié)構(gòu)和三自由度球面轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)合的方式， 如圖 1所示。通過三維導(dǎo)軌控制工件的位置， 通過球面三 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制噴槍的姿態(tài)。由于三維 X Y Z導(dǎo)軌串聯(lián)結(jié)構(gòu)在 x、 Y、 z三個(gè)方向的運(yùn)動相互獨(dú)立， 沒有耦合，因此位置的控制非常簡單， 主要的工作集中在三自由度球面轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制上。 [align=left] 該文設(shè)計(jì)了 3—3 R球面并聯(lián)噴膠裝置的控制系統(tǒng)， 根據(jù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特性和制鞋業(yè)噴膠工藝要求， 采用了固高 G T一 4 0 0一S G—P C I —G運(yùn)動控制卡， 給出了其硬件連接和軟件設(shè)計(jì)的方法。開發(fā)了操作簡便， 交互性 良好的噴膠系統(tǒng)控制軟件?？刂栖浖?shí)現(xiàn)了單軸控制、 坐標(biāo)系控制（ 多軸協(xié)調(diào)控制） 、 軌跡控制等模塊。 　　結(jié)構(gòu)組成整個(gè)系統(tǒng)包括 3—3 R球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)、 噴槍、 電機(jī)及驅(qū)動裝置、 運(yùn)動控制卡和控制軟件 5部分。上位機(jī)控制軟件調(diào)用運(yùn)動控制卡的A P I 函數(shù)向下位機(jī)的運(yùn)動控制卡發(fā)送控制命令 ， 運(yùn)動控制卡根據(jù)命令產(chǎn)生脈沖和方向信號驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動， 電機(jī)上裝有齒輪， 通過齒輪嚙合驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動， 從而使噴槍到達(dá)指定的位置或方位。 　　 R球面并聯(lián)機(jī)構(gòu).機(jī)械結(jié)構(gòu) [/align] 　　R球面三 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)簡圖如圖2所示。圖中3— 3 R球面三 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈中，轉(zhuǎn)動副軸線平行于定平臺， 且所有 3個(gè)分支中， 全部個(gè)轉(zhuǎn)動副的軸線和底盤上由大、 小齒輪嚙合組成的環(huán)形移動副的中軸線匯交于一點(diǎn)， 該點(diǎn)稱為機(jī)構(gòu)中心點(diǎn)。機(jī)構(gòu)中心點(diǎn)也是動平臺轉(zhuǎn)動的中心點(diǎn)。當(dāng)個(gè)分支中的移動副以相同速度運(yùn)動時(shí)， 機(jī)構(gòu)動平臺可繞 z 軸轉(zhuǎn)動。 　　 控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)由固高公司生產(chǎn)的 G T一4 0 0一S G—— G運(yùn)動控制卡， S H 2 0 2 4 A型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器及步進(jìn)電機(jī)， 三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和噴槍 4部分組成。 　　運(yùn)動控制卡核心包括 A D S P 2 1 8 1和 F P G A， 可以實(shí)現(xiàn)高性能的控制計(jì)算， 產(chǎn)生的脈沖頻帶寬。它作為從控制器是基于 P C I 總線協(xié)議， P C機(jī)通過 P C I 通信接 口與 G T一 4 0 0一S G運(yùn)動控制卡交換信息， 包括向運(yùn)動控制卡發(fā)出運(yùn)動控制指令 ， 并通過該接口獲取運(yùn)動控制卡的當(dāng)前狀態(tài)和相關(guān)控制參數(shù)。主控制器（ 計(jì)算機(jī)） 調(diào)用固高的 A P I函數(shù)可以同步控制個(gè)運(yùn)動軸， 實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動 （ 驅(qū)動三 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)需要3個(gè)運(yùn)動軸） ?？刂瓶ǖ亩俗影迳?C N 5～為運(yùn)動軸接口， 并且有多路專用和通用輸入輸出， 專用輸入包括驅(qū)動報(bào)警信號、 原點(diǎn)信號和限位信號， 專用輸出包括驅(qū)動允許和驅(qū)動報(bào)警復(fù)位。 　　控制卡有方向／ 脈沖輸出信號模式和正負(fù)脈沖輸出信號模式， 該系統(tǒng)采用方向／ 脈沖輸出信號模式。在此模式下端子板上 （ C N 5～C N 8 ）的端連接電機(jī)驅(qū)動器的 C P端， D I R+端連接驅(qū)動器的端。 　　硬件連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器采用 S H 2 0 2 4 A型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器， 該驅(qū)動器工作電壓范圍寬， 直流供電， 電壓值為 1 5—3 6 V； 相電流可調(diào)， 范圍為0 . 5～ 2 A， 兩相八拍半步運(yùn)行， 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角為0 . 9度， 4 0 0個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。電機(jī)接口： 對于二相四線電機(jī)直接與驅(qū)動器相連； O P T O： 輸入信號的公共端， 接外部系統(tǒng)的， 若 VC C為 + 5 V可直接相連， 若不是 +5 V須接限流電阻， 運(yùn)動控制卡的端子板上 C N 5的第 7腳正好為輸出 +5 V， O P T O連接此腳就可以驅(qū)動電機(jī)了。D I R： 方向電平輸入端， 與 C N 5的 D I R+連接，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。C P： 步進(jìn)脈沖信號， 連接的 P U L S E+； F R E E： 當(dāng)此端為低時(shí)， 電機(jī)停轉(zhuǎn)， 不用此端， 將它與 +5 V的高電平相連。圖 3是運(yùn)動控制卡端子板、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器及步進(jìn)電機(jī)的硬件連接圖（ 方向／ 脈沖輸出信號模式） 。 　　控制卡端子板的 C N 5的 A L M腳（ 2腳） 是專門用來檢測驅(qū)動報(bào)警信號的， 系統(tǒng)采用的驅(qū)動器相對簡單無此信號， 將它與地短接 （ 注意： 必須與地短　　接 ， 否則控制卡無法正常運(yùn)行， 這是控制卡的硬件規(guī)定的） 。 　　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制思路為： 利用動態(tài)鏈接庫實(shí)現(xiàn) P c機(jī)與運(yùn)動控制卡的通訊； 用戶通過主機(jī)程序調(diào)用相應(yīng)的庫函數(shù)， 將運(yùn)動控制卡相關(guān)參數(shù)和運(yùn)動軌跡描述傳遞給運(yùn)動控制卡； 運(yùn)動控制卡根據(jù)主機(jī)的要求， 自動完成軌跡規(guī)劃、 安全檢測、 采樣刷新等復(fù)雜運(yùn)算和操作；最后將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成脈沖控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動。 　　該 3— 3 R機(jī)器人控制軟件提供的主要功能有： 基于軸的控制、 基于坐標(biāo)系的控制、 基于軌跡的控制。 　　基于軸的控制對單個(gè)軸進(jìn)行控制時(shí)， 首先選定要控制的當(dāng)前軸， 確定軸的限位開關(guān)是否有效， 設(shè)定運(yùn)動模式、 速度、 加速度和目標(biāo)位置等運(yùn)動參數(shù)， 然后刷新參數(shù) ，以啟動軸的運(yùn)動。球面并聯(lián)平臺樣機(jī)在單軸控制模式下的運(yùn)動情況如圖4所示。 　　在坐標(biāo)系控制模式下， 基坐標(biāo)系的原點(diǎn)定位于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)中心點(diǎn)， 先選定將要參與運(yùn)動的所有軸（ 該控制系統(tǒng)要求控制 3個(gè)軸） ， 在用戶界面中輸入位置或方向（ 球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間是一個(gè)球面范圍， 球面上的點(diǎn)唯一地確定了動平臺相對于　　基坐標(biāo)系位置和姿態(tài)） ， 設(shè)定運(yùn)動模式、 速度、 加速度等運(yùn)動參數(shù)， 按下“ 到達(dá)指定位置或方向” 按鈕后， 并聯(lián)機(jī)構(gòu)能按指定的要求到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)?；谧鴺?biāo)系的控制界面如圖5所示。 　　基于軌跡的控制在軌跡的控制模式下， 基坐標(biāo)系的原點(diǎn)仍然定位于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)中心點(diǎn)， 但是需要將并聯(lián)機(jī)構(gòu)上的工具（ 噴槍） 坐標(biāo)系變換到工作目標(biāo)（ 鞋楦） 的坐標(biāo)系上， 方法是工具坐標(biāo)系相對于基坐標(biāo)系的變換應(yīng)等于目標(biāo)坐標(biāo)系到基座標(biāo)系的變換， 這個(gè)等式可以變換成工具坐標(biāo)系相對于目標(biāo)坐標(biāo)系的變換。經(jīng)變換后的工具的任何變換（ 方向變換和位置變換） 都是相對于目標(biāo)鞋楦） 坐標(biāo)系的。軟件中導(dǎo)入軌跡數(shù)據(jù)， 點(diǎn)擊“ 沿軌跡運(yùn)行” 按鈕， 工具就從初始位置按照給定的插補(bǔ)算法逐次到達(dá)各個(gè)軌跡點(diǎn)， 從而完成指定的軌跡。軌跡控制程序流程如圖6所示。 　　結(jié)論噴膠工藝中噴槍的姿態(tài)變化空問不大， 符合—球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)， 與傳統(tǒng)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)相比， 3— 3 R球面并聯(lián)噴膠裝置可實(shí)現(xiàn)高速大負(fù)載下噴膠作業(yè)的較高精度。采用運(yùn)動控制卡更易于系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)和設(shè)備軟硬件的升級維護(hù)， 控制系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好、 可實(shí)現(xiàn)基于多種模式的控制方法。 　　參考文獻(xiàn)： 　　黃 真 ， 孔令富， 方躍法。 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論及控制[ M] . 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 1 9 9 7 . 　　賀磊盈 ， 武傳宇， 倪 勇。 基于 R P P R機(jī)器人智能分揀實(shí)驗(yàn)裝置的研制 [ J ] . 工業(yè)儀表與 自動化裝置， 2 0 0 7，： 7 0—7 2 . 　　李秦川， 武傳宇， 胡旭東。 帶環(huán)形導(dǎo)軌的球面三 自由度并聯(lián)姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)： 中國， C N 1 6 3 1 6 1 2 [ P ] . 2 0 0 5—0 6 . 　　朱龍彪， 朱志松， 張興國。 基于P L C的中立柱噴膠機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[ J ] . 制造業(yè)自動化， 2 0 0 7 ， 2 9 （ 3 ） ： 5 0—5 1 . 　　許春山， 王建平。 基于 V i s u a l C++6 . 0的機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)[ 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