Delta机械臂的结构设计与控制
随着工业4.0升级，机械臂成为了未来发展的趋势，自动化程度也越来越明显，并逐渐取代传统人力分拣、搬运，有效的提高了工作的效率。今天我们来介绍一下Delta机械臂。
自上世纪八十年代以来，一类以并联机构为主机构的新型工业机器人（并联机器人）为某些特定工业领域不断提供出更为完美的解决方案，引起了工业界和学术界的普遍关注。在各种各样的并联机器人种类之中，存在一类由外转动/移动副驱动、含平行四边形支链的并联机器人（又称为并联机械手） 。这类机器人因可将驱动装置布置在静平台（机架）上，而且从动臂多采用轻质细杆制作而成，故末端动平台可获得很高的运动速度和加速度， 特别适合于高速物流生产线上物料的分拣、搬运和抓放等操作 ，因此成为近年来研究和开发的热点。
Delta机器人属于高速、轻载的并联机器人，一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴确定抓具中心的空间位置，实现目标物体的运输，加工等操作。Delta机器人主要应用于食品、药品和电子产品等加工、装配。Delta机器人以其重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点，正在市场上被广泛应用。
Delta机器人是典型的空间三自由度并联机构，整体结构精密、紧凑，驱动部分均布于固定平台，这些特点使它具有如下特性：
①承载能力强、刚度大、自重负荷比小、动态性能好。
②并行三自由度机械臂结构，重复定位精度高。
③超高速拾取物品，一秒钟多个节拍。
下面我们来分享一下Delta机械臂的结构设计与控制。
一、Delta机械臂机械系统
该项目利用探索者平台制作。其驱动系统采用精度较高的42步进电机；传动系统为丝杠和万向球节；执行末端为搭载电磁铁的圆盘支架。
二、Delta机械臂运动学算法
这里给大家介绍一种Delta机械臂的运动轨迹解法，通过控制电机的转动参数，最终求解出电磁铁圆盘支架的运动轨迹规律。
该机械臂由3个丝杠平台构成，通过并联的方式同时控制同一个端点的运动；三个丝杠位于一个正三角形边线的中心位置，连杆采用球头万向节连杆结构。
①首先我们建立一个空间直角坐标系，该直角坐标系以三个丝杠平台在俯视图方向投影的内切圆心为原点，x轴与tower1和tower3之间的连线平行，y轴过tower2，其中z=0的平面设置在三个限位开关所在平面。
②建立坐标系之后，我们可以得出3个限位开关Z轴投影的坐标为A=（-msin（60°），mcos（60°），0）；B=（0，m，0）；C=（msin（60°），mcos（60°），0）；其中m为在xy投影面上正三角形的内切圆心到B点的距离。
③确定各限位开关的位置（即确定各丝杠平台上滑块的初始位置），丝杠平台的运动可简化为如下：【其中N点为滑块初始位置，Q点为端点初始位置，P为Q点在丝杠平台上Z轴的投影；N1，P1，Q1点为丝杠平台运动后的位，T点为某一固定点，假设为delta机械臂上端点在Z向可以运动的最大值在丝杠平台Z向的投影点】
④逆运动学是根据Q1点的位置确定NN1的距离。
在图中有几个可以通过测量得到已知值，分别是连杆长度NQ/N1Q1、NT的距离、终点Q1点的坐标；假设我们输入的量是终点Q1的坐标（X1,Y1,Z1）;这里需要注意的是Z1坐标为负值，为了方便理解在后面的推导中我们都对Z1取绝对值。
我们需要计算的是NN1的距离：
其中Q1的Z坐标与P1的Z坐标一致，所以NP1为已知量为Q1的Z坐标值Z1，即可以将上面的公式改为：
这里我们只需要计算出N1P1的值即可：
其中NIQ1为连杆长度，可通过测量得知，所以这里面需要我们计算出Q1P1。
⑤求出Q1P1：【该长度我们可以通过两点坐标距离公式得出，借助俯视图投影进行计算】
为方便计算Q1P1，图中我们将N,N1,P,P1,T点都投影到Z为0的点，则Q1（X1，Y1，0）。根据点坐标公式可得：
综上所述：
注意前面我们对Z1取了一次绝对值，实际Z1为负值，所以最终推导公式为：
这样我们就求出了NN1（丝杠移动距离）与Q1（执行端运动的终点）坐标的关系。
三、Delta机械臂的组装
可将Delta机械臂传动部分进行拆分组装。【详细的组装步骤图可加QQ交流群：221964861进行获取】
一、主要使用的电子硬件
Basra控制板、BigFish扩展板、SH-ST扩展板、电磁铁、触碰传感器（限位用）、11.1v动力电池（电源）
二、电路连接
①硬件连接-电子元件
②硬件连接-限位器
一、程序烧录
Delta机械臂共两种运动方式：第一种是自动运行搬运；第二种是用电脑发送指令，然后再根据指令运动。
这里仅列出Delta机械臂自动运行搬运的程序：【其它的程序源码可加QQ交流群：221964861进行获取】
二、效果演示
