[發明專利]八索并聯重力補償系統的去冗余控制方法

有效

• 申請號: 201810427634.3
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108621160B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（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

本發明提供八索并聯重力補償系統的去冗余控制方法，屬于并聯機器人控制技術領域。本發明方法由6根繩索對動平臺的位置和姿態進行主動控制，實現所述動平臺6個空間運動自由度，另外2根繩索被動跟隨動平臺運動，且這2根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，實現動平臺的去冗余控制，滿足八索并聯重力補償系統的運動要求。本發明解決了現有八索并聯機器人運動控制求解復雜、難以實現較高的穩定性和精度的問題。本發明可用于并聯機器人的運動控制。

技術領域

本發明涉及八索并聯重力補償系統的去冗余控制方法，屬于并聯機器人控制技術領域。

背景技術

八索并聯重力補償系統屬于一種繩索驅動并聯機器人，是一種新型的并聯機器人。由于繩索驅動的特殊性，即繩索只能提供拉力而不能提供推力，因此繩驅機器人繩索數量必須超過其運動自由度。對于六自由度的并聯機器人，至少需要7根繩索才能完全約束動平臺，此時動平臺的驅動冗余數為1。為了擴大動平臺的運動空間，可以采用8根繩索驅動的方式，此時動平臺的驅動冗余數為2。在這種配置下，系統驅動件的數量為8，系統自由度只有6，驅動件數量多于系統自由度，造成了過驅動問題。若對動平臺只采用位置控制方式，難以保證繩索始終張緊，控制可靠性較低。若對動平臺只采用力控制方式，需要控制8根繩索的拉力值，力求解過程復雜且繩索拉力不唯一，導致動平臺的運動精度和穩定性都不高。現有八索并聯機器人的運動控制主要采用力位混合控制，力位混合控制在控制動平臺位置的同時，還需要檢測8根繩索的拉力，使得繩索拉力處于要求的范圍，由于存在驅動冗余，導致求解分析較為復雜，運動控制難以實現較高的穩定性和運動精度。

發明內容

本發明為解決現有八索并聯機器人運動控制求解復雜、難以實現較高的穩定性和精度的問題，提供了八索并聯重力補償系統的去冗余控制方法。

本發明所述八索并聯重力補償系統的去冗余控制方法，通過以下技術方案實現：

由6根繩索對動平臺的位置和姿態進行主動控制，實現所述動平臺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，實現動平臺的去冗余控制。

6根繩索對動平臺的位置和姿態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；

根據并聯機器人的逆運動學，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對動平臺的位置和姿態控制。

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；