[發(fā)明專利]八索并聯(lián)重力補償系統(tǒng)的去冗余控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810427634.3
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108621160B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 高海波;劉振;宋達;丁亮;李楠;于海濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種八索并聯(lián)重力補償系統(tǒng)的去冗余控制方法，所述八索并聯(lián)重力補償系統(tǒng)包括8根繩索、動平臺以及8個出繩模塊；每根繩索一端連接所述動平臺的一個頂點，另一端與對應的出繩模塊相連接，所述出繩模塊通過收放繩索改變繩長來控制動平臺的位置和姿態(tài)；

其特征在于，所述八索并聯(lián)重力補償系統(tǒng)的去冗余控制方法，由6根繩索對動平臺的位置和姿態(tài)進行主動控制，實現(xiàn)所述動平臺6個空間運動自由度，另外2根繩索被動跟隨動平臺運動，且繩索對動平臺提供拉力，保證動平臺運動時8根繩索始終保持張緊狀態(tài)，實現(xiàn)動平臺的去冗余控制。

2.根據(jù)權利要求1所述八索并聯(lián)重力補償系統(tǒng)的去冗余控制方法，其特征在于，6根繩索對動平臺的位置和姿態(tài)進行主動控制的具體過程包括：

設OXYZ表示固定的基礎坐標系，PX₁Y₁Z₁表示建立在動平臺質(zhì)心P的坐標系，A_i表示繩索i出繩點，B_i表示繩索i與動平臺的連接點，p表示動平臺質(zhì)心在OXYZ坐標系的位置向量，b_i表示B_i在PX₁Y₁Z₁坐標系的位置向量，a_i表示A_i在OXYZ坐標系的位置向量，l_i表示繩索i在OXYZ坐標系的位置向量，則有：

l_i＝a_i-(p+R*b_i) (1)

式(1)中，i＝1,2,…,6；R表示PX₁Y₁Z₁坐標系與OXYZ坐標系之間的變換矩陣；

根據(jù)并聯(lián)機器人的逆運動學，求解(1)式分別得到6根繩索的位置向量，進而求出繩長，出繩模塊改變對應繩長來實現(xiàn)對動平臺的位置和姿態(tài)控制。

3.根據(jù)權利要求2所述八索并聯(lián)重力補償系統(tǒng)的去冗余控制方法，其特征在于，2根繩索被動跟隨動平臺運動，且繩索對動平臺提供拉力，保證動平臺運動時8根繩索始終保持張緊狀態(tài)的具體控制過程為：

步驟一、令2根被動跟隨動平臺運動的繩索的拉力為t₇，t₈，計算其他6根繩索的拉力值t₁,…,t₆與t₇，t₈的關系；

八索并聯(lián)重力補償系統(tǒng)的繩索拉力與動平臺的受力之間的關系如式(2)：

Wt＝f (2)

式(2)中，t＝[t₁,...,t₈]^T是繩索拉力向量，t₁,...,t₈分別為8根繩索的拉力，f表示動平臺質(zhì)心所受到的合外力和力矩，W＝[w₁,...,w₈]_6×8為隨動平臺位置變化的結構矩陣，其中任意列w_i可表示為：

式(3)中，d_i表示繩索i在OXYZ坐標系的拉力方向向量，i＝1,2,…,8；

則得到拉力值t₁,…,t₆與t₇，t₈的關系滿足：

[w₁,...,w₆]_6×6[t₁,...,t₆]^T＝f-[w₇,w₈]_6×2[t₇,t₈]^T (5)

步驟二、確定拉力值t₇和t₈；

步驟二一、任意給定一組t₇，t₈的值：令t₇＝a，t₈＝b，a∈[t_min，t_max]，b∈[t_min，t_max]；其中，t_min為繩索拉力最小值，t_max為繩索拉力最大值；

步驟二二、通過式(5)求出t₁,...,t₆的解；

步驟二三、判斷步驟二二中得到的解，是否滿足t₁,...,t₆都屬于區(qū)間[t_min，t_max]，如果不滿足，返回步驟二一；如果滿足，選擇此時的t₇和t₈值作為結果；

步驟三、出繩模塊根據(jù)步驟二得到的t₇、t₈值進行相應的拉力控制。