串聯機器人相比， 并聯機器人具有剛度大、 精度高、 負載重和易控制等優點。三自由度球面并聯機構是并聯機構中重要的一類， 可以實現繞機構轉動中心的3個轉動自由度。這種機構可用作機器人的腰、 肩、 髖、 腕等關節， 還可用于衛星天線和攝像定位裝置， 具有重要的應用價值。在數量眾多的各種球面并聯機構中， 又以3—3 R球面并聯機構結構最為簡單（ R表示轉動副） ， 因此相對其他球面并聯機構而言， 3—3 R球面并聯機構在設計、 分析、 制造及裝配等方面都具有一定優勢， 得到廣泛的研究和應用。 　　在制鞋業中， 由于皮革粘接用的膠水對人體有較大毒性， 自動噴膠設備已成為制鞋企業減少人力成本、 提升生產力的有效途徑。制鞋噴膠系統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 自由度， 采用現有的工業機器人即串聯單體式結構存在速度低、 負載小等缺點。考慮打磨噴膠的工藝特點， 對噴槍和打磨頭主要是位置和姿態的控制， 并且姿態變化空間較小， 因此， 采用三維 X Y Z導軌串聯結構和三自由度球面轉動并聯機構結合的方式， 如圖 1所示。通過三維導軌控制工件的位置， 通過球面三 自由度并聯機構控制噴槍的姿態。由于三維 X Y Z導軌串聯結構在 x、 Y、 z三個方向的運動相互獨立， 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動并聯機構的設計和控制上。 [align=left] 該文設計了 3—3 R球面并聯噴膠裝置的控制系統， 根據并聯機構的運動學特性和制鞋業噴膠工藝要求， 采用了固高 G T一 4 0 0一S G—P C I —G運動控制卡， 給出了其硬件連接和軟件設計的方法。開發了操作簡便， 交互性 良好的噴膠系統控制軟件。控制軟件實現了單軸控制、 坐標系控制（ 多軸協調控制） 、 軌跡控制等模塊。 　　結構組成整個系統包括 3—3 R球面并聯機構、 噴槍、 電機及驅動裝置、 運動控制卡和控制軟件 5部分。上位機控制軟件調用運動控制卡的A P I 函數向下位機的運動控制卡發送控制命令 ， 運動控制卡根據命令產生脈沖和方向信號驅動電機運動， 電機上裝有齒輪， 通過齒輪嚙合驅動并聯機構轉動， 從而使噴槍到達指定的位置或方位。 　　 R球面并聯機構.機械結構 [/align] 　　R球面三 自由度并聯機構簡圖如圖2所示。圖中3— 3 R球面三 自由度并聯機構運動鏈中，轉動副軸線平行于定平臺， 且所有 3個分支中， 全部個轉動副的軸線和底盤上由大、 小齒輪嚙合組成的環形移動副的中軸線匯交于一點， 該點稱為機構中心點。機構中心點也是動平臺轉動的中心點。當個分支中的移動副以相同速度運動時， 機構動平臺可繞 z 軸轉動。 　　 控制系統硬件實現硬件系統由固高公司生產的 G T一4 0 0一S G—— G運動控制卡， S H 2 0 2 4 A型步進電機驅動器及步進電機， 三自由度并聯機構和噴槍 4部分組成。 　　運動控制卡核心包括 A D S P 2 1 8 1和 F P G A， 可以實現高性能的控制計算， 產生的脈沖頻帶寬。它作為從控制器是基于 P C I 總線協議， P C機通過 P C I 通信接 口與 G T一 4 0 0一S G運動控制卡交換信息， 包括向運動控制卡發出運動控制指令 ， 并通過該接口獲取運動控制卡的當前狀態和相關控制參數。主控制器（ 計算機） 調用固高的 A P I函數可以同步控制個運動軸， 實現多軸協調運動 （ 驅動三 自由度并聯機構需要3個運動軸） 。控制卡的端子板上 C N 5～為運動軸接口， 并且有多路專用和通用輸入輸出， 專用輸入包括驅動報警信號、 原點信號和限位信號， 專用輸出包括驅動允許和驅動報警復位。 　　控制卡有方向／ 脈沖輸出信號模式和正負脈沖輸出信號模式， 該系統采用方向／ 脈沖輸出信號模式。在此模式下端子板上 （ C N 5～C N 8 ）的端連接電機驅動器的 C P端， D I R+端連接驅動器的端。 　　硬件連接步進電機驅動器采用 S H 2 0 2 4 A型步進電機驅動器， 該驅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， 范圍為0 . 5～ 2 A， 兩相八拍半步運行， 步進電機步進角為0 . 9度， 4 0 0個脈沖轉一圈。電機接口： 對于二相四線電機直接與驅動器相連； O P T O： 輸入信號的公共端， 接外部系統的， 若 VC C為 + 5 V可直接相連， 若不是 +5 V須接限流電阻， 運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連接此腳就可以驅動電機了。D I R： 方向電平輸入端， 與 C N 5的 D I R+連接，控制電機的正反轉。C P： 步進脈沖信號， 連接的 P U L S E+； F R E E： 當此端為低時， 電機停轉， 不用此端， 將它與 +5 V的高電平相連。圖 3是運動控制卡端子板、 步進電機驅動器及步進電機的硬件連接圖（ 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） 是專門用來檢測驅動報警信號的， 系統采用的驅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行， 這是控制卡的硬件規定的） 。 　　控制系統軟件設計系統的控制思路為： 利用動態鏈接庫實現 P c機與運動控制卡的通訊； 用戶通過主機程序調用相應的庫函數， 將運動控制卡相關參數和運動軌跡描述傳遞給運動控制卡； 運動控制卡根據主機的要求， 自動完成軌跡規劃、 安全檢測、 采樣刷新等復雜運算和操作；最后將計算結果轉換成脈沖控制步進電機運動。 　　該 3— 3 R機器人控制軟件提供的主要功能有： 基于軸的控制、 基于坐標系的控制、 基于軌跡的控制。 　　基于軸的控制對單個軸進行控制時， 首先選定要控制的當前軸， 確定軸的限位開關是否有效， 設定運動模式、 速度、 加速度和目標位置等運動參數， 然后刷新參數 ，以啟動軸的運動。球面并聯平臺樣機在單軸控制模式下的運動情況如圖4所示。 　　在坐標系控制模式下， 基坐標系的原點定位于并聯機構的機構中心點， 先選定將要參與運動的所有軸（ 該控制系統要求控制 3個軸） ， 在用戶界面中輸入位置或方向（ 球面并聯機構的工作空間是一個球面范圍， 球面上的點唯一地確定了動平臺相對于　　基坐標系位置和姿態） ， 設定運動模式、 速度、 加速度等運動參數， 按下“ 到達指定位置或方向” 按鈕后， 并聯機構能按指定的要求到達目標點。基于坐標系的控制界面如圖5所示。 　　基于軌跡的控制在軌跡的控制模式下， 基坐標系的原點仍然定位于并聯機構的機構中心點， 但是需要將并聯機構上的工具（ 噴槍） 坐標系變換到工作目標（ 鞋楦） 的坐標系上， 方法是工具坐標系相對于基坐標系的變換應等于目標坐標系到基座標系的變換， 這個等式可以變換成工具坐標系相對于目標坐標系的變換。經變換后的工具的任何變換（ 方向變換和位置變換） 都是相對于目標鞋楦） 坐標系的。軟件中導入軌跡數據， 點擊“ 沿軌跡運行” 按鈕， 工具就從初始位置按照給定的插補算法逐次到達各個軌跡點， 從而完成指定的軌跡。軌跡控制程序流程如圖6所示。 　　結論噴膠工藝中噴槍的姿態變化空問不大， 符合—球面并聯機構的特點， 與傳統的串聯結構相比， 3— 3 R球面并聯噴膠裝置可實現高速大負載下噴膠作業的較高精度。采用運動控制卡更易于系統模塊化設計和設備軟硬件的升級維護， 控制系統具有人機界面友好、 可實現基于多種模式的控制方法。 　　參考文獻： 　　黃 真 ， 孔令富， 方躍法。 并聯機器人機構學理論及控制[ M] . 北京： 機械工業出版社 ， 1 9 9 7 . 　　賀磊盈 ， 武傳宇， 倪 勇。 基于 R P P R機器人智能分揀實驗裝置的研制 [ J ] . 工業儀表與 自動化裝置， 2 0 0 7，： 7 0—7 2 . 　　李秦川， 武傳宇， 胡旭東。 帶環形導軌的球面三 自由度并聯姿態控制機構： 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的中立柱噴膠機器人系統設計[ J ] . 制造業自動化， 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的機器人控制系統軟件實現[ J ] . 計算機應用與軟件， 2 0 0 3 ， 2 0 （ 1 0 ） 　　 編輯:何世平