[發明專利]應用于空間多自由度繩驅并聯機器人的控制系統

有效

• 申請號: 202110286979.3
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113043272B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 孫光輝;盧彥岐;姚蔚然;吳立剛;劉健行
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/10;B25J13/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

1.應用于空間多自由度繩驅并聯機器人的控制系統，其特征在于，包括：上位機、主控制器和四個從控制器，

上位機用于接收期望位置坐標，

主控制器用于對上位機發送的期望位置坐標進行位置與張力轉換，獲得繩驅并聯機器人四個繞線裝置繩索的張力值，

四個從控制器分別與繩驅并聯機器人的四個繞線裝置一一對應，從控制器用于根據對應繞線裝置繩索的張力值計算張力控制指令和繩長控制指令，并分別向對應繞線裝置發送張力控制指令和繩長控制指令，

所述張力控制指令為繩索在運動時間內每一時刻的期望張力，所述繩長控制指令為繩索在運動時間內每一時刻的期望繩長；

主控制器包括：外環PID控制模塊和位置與張力轉換模塊，

外環PID控制模塊用于將位置誤差E_pos換算為外環位置控制量U_pos，所述位置誤差E_pos為期望位置坐標與繩驅并聯機器人的當前位置坐標之差，

位置與張力轉換模塊用于利用外環位置控制量U_pos分別計算每個繞線裝置繩索的張力值；

位置與張力轉換模塊包括以下單元：

根據外環位置控制量U_pos獲得第i個張力參數T_i的單元，i＝1,2,3,4，

其中，T_i＝U_pos/u_i，A_i為第i個繞線裝置出繩口的坐標，P為期望位置坐標，

當T_i≥0時，將T_i作為第i個繞線裝置繩索的張力值的單元，

當T_i0時，使第i個繞線裝置繩索的張力值T_i＝T_i+M≥0的單元，其中，M為內力參數且滿足u_iM＝0。

2.根據權利要求1所述的應用于空間多自由度繩驅并聯機器人的控制系統，其特征在于，外環PID控制模塊通過下式將位置誤差E_pos換算為外環位置控制量U_pos：

其中，K_p為比例系數，T_I為積分時間常數，T_D為微分時間常數。

3.根據權利要求1所述的應用于空間多自由度繩驅并聯機器人的控制系統，其特征在于，從控制器包括：內環PID控制模塊、脈沖驅動模塊、張力傳感模塊、編碼器和角度繩長轉換模塊，

內環PID控制模塊用于將張力誤差E_{force_i}換算為內環張力控制量U_{force_i}，所述張力誤差為第i個繞線裝置繩索的張力值T_i與第i個繞線裝置繩索的當前張力值F_i之差，i＝1,2,3,4，

脈沖驅動模塊用于根據內環張力控制量U_{force_i}獲得第i個繞線裝置電機的電壓和占空比生成脈沖信號，并將該脈沖信號作為張力控制指令發送至電機驅動器，

張力傳感模塊用于采集第i個繞線裝置繩索的當前張力值F_i，

編碼器用于根據當前張力值F_i獲得第i個繞線裝置中電機軸旋轉角度θ_i，

角度繩長轉換模塊用于將第i個繞線裝置中電機軸旋轉角度θ_i換算為繩長控制指令L_i。

4.根據權利要求3所述的應用于空間多自由度繩驅并聯機器人的控制系統，其特征在于，根據下式將張力誤差E_{force_i}換算為內環張力控制量U_{force_i}：

其中，K_p為比例系數，T_I為積分時間常數，T_D為微分時間常數。