[发明专利]八索并联重力补偿系统的去冗余控制方法

说明书

本发明提供八索并联重力补偿系统的去冗余控制方法，属于并联机器人控制技术领域。本发明方法由6根绳索对动平台的位置和姿态进行主动控制，实现所述动平台6个空间运动自由度，另外2根绳索被动跟随动平台运动，且这2根绳索对动平台提供拉力，保证动平台运动时8根绳索始终保持张紧状态，实现动平台的去冗余控制，满足八索并联重力补偿系统的运动要求。本发明解决了现有八索并联机器人运动控制求解复杂、难以实现较高的稳定性和精度的问题。本发明可用于并联机器人的运动控制。

技术领域

本发明涉及八索并联重力补偿系统的去冗余控制方法，属于并联机器人控制技术领域。

背景技术

八索并联重力补偿系统属于一种绳索驱动并联机器人，是一种新型的并联机器人。由于绳索驱动的特殊性，即绳索只能提供拉力而不能提供推力，因此绳驱机器人绳索数量必须超过其运动自由度。对于六自由度的并联机器人，至少需要7根绳索才能完全约束动平台，此时动平台的驱动冗余数为1。为了扩大动平台的运动空间，可以采用8根绳索驱动的方式，此时动平台的驱动冗余数为2。在这种配置下，系统驱动件的数量为8，系统自由度只有6，驱动件数量多于系统自由度，造成了过驱动问题。若对动平台只采用位置控制方式，难以保证绳索始终张紧，控制可靠性较低。若对动平台只采用力控制方式，需要控制8根绳索的拉力值，力求解过程复杂且绳索拉力不唯一，导致动平台的运动精度和稳定性都不高。现有八索并联机器人的运动控制主要采用力位混合控制，力位混合控制在控制动平台位置的同时，还需要检测8根绳索的拉力，使得绳索拉力处于要求的范围，由于存在驱动冗余，导致求解分析较为复杂，运动控制难以实现较高的稳定性和运动精度。

发明内容

本发明为解决现有八索并联机器人运动控制求解复杂、难以实现较高的稳定性和精度的问题，提供了八索并联重力补偿系统的去冗余控制方法。

本发明所述八索并联重力补偿系统的去冗余控制方法，通过以下技术方案实现：

由6根绳索对动平台的位置和姿态进行主动控制，实现所述动平台6个空间运动自由度，另外2根绳索被动跟随动平台运动，且绳索对动平台提供拉力，保证动平台运动时8根绳索始终保持张紧状态，实现动平台的去冗余控制。

6根绳索对动平台的位置和姿态进行主动控制的具体过程包括：

设OXYZ表示固定的基础坐标系，PX₁Y₁Z₁表示建立在动平台质心P的坐标系，A_i表示绳索i出绳点，B_i表示绳索i与动平台的连接点，p表示动平台质心在OXYZ坐标系的位置向量，b_i表示B_i在PX₁Y₁Z₁坐标系的位置向量，a_i表示A_i在OXYZ坐标系的位置向量，l_i表示绳索i在OXYZ坐标系的位置向量，则有：

l_i＝a_i-(p+R*b_i) (1)

式(1)中，i＝1,2,…,6；R表示PX₁Y₁Z₁坐标系与OXYZ坐标系之间的变换矩阵；

根据并联机器人的逆运动学，求解(1)式分别得到6根绳索的位置向量，进而求出绳长，出绳模块改变对应绳长来实现对动平台的位置和姿态控制。

2根绳索被动跟随动平台运动，且绳索对动平台提供拉力，保证动平台运动时8根绳索始终保持张紧状态的具体控制过程为：

步骤一、令2根被动跟随动平台运动的绳索的拉力为t₇，t₈，计算其他6根绳索的拉力值t₁,…,t₆与t₇，t₈的关系；