[发明专利]一种可变结构的绳索牵引并联机器人的运动学优化求解方法

说明书

本发明公开了一种可变结构的绳索牵引并联机器人的运动学优化求解方法，包括：步骤1，设定机器人的坐标系和参数；步骤2，确定静力学平衡方程；步骤3，确定空间动平台的动滑轮组牵引的约束关系；步骤4，按步骤5、6和7进行离线优化求解；按步骤8、9和10进行在线优化求解；步骤5，建立离线优化求解目标；步骤6，计算系统刚度；步骤7，采用非线性优化求解方法对离线优化求解目标进行优化求解；步骤8，建立在线优化求解目标；步骤9，计算待求解参数的区间范围；步骤10，根据步骤9得出的待求解参数的区间范围，采用非线性优化求解方法对在线优化目标进行在线优化求解。采用系统刚度和绳索拉力作为优化指标，并使用直线移动装置的运动性能作为约束条件，大大提高了运动学优化求解的效率和精度。

技术领域

本发明涉及绳索牵引并联机器人控制领域，尤其涉及一种可变结构的绳索牵引并联机器人的运动学优化求解方法。

背景技术

绳索牵引并联机器人具有负载能力强、运动惯量小以及工作空间大的特点，被广泛应用于大型设备吊装、航空仿真模拟支撑系统以及物流仓储等；传统绳索牵引并联机器人的绳索引出点固定在结构框架上，也可以称作是固定结构式绳索牵引病例机器人；固定式绳索牵引并联机器人通过控制工作空间中的绳索长度来改变空间动平台的位置和姿态，从而实现完成各种复杂任务；但是受到固定结构的限制，固定结构式绳索牵引并联机器人的应用范围受到限制、避障能力差以及力学特性差，从而制约了绳索牵引并联机器人的发展和进一步应用；

专利号为ZL201710253505.2的中国专利公开了一种多构型绳索驱动并联机器人及其空间位姿求解方法，该发明公开了一种多构型绳索驱动并联机器人，设置有多个绳索驱动装置、主体机架、动平台和若干绳索；该绳索牵引并联机器人能够实现多种构型可重构，但是无法实现连续自动可重构；其空间位姿求解方法也只能适用于这种多构型绳索牵引并联机器人，无法应用于连续可变结构的绳索牵引并联机器人。

运动学优化求解方法是可变结构绳索牵引并联机器人实现运动规划和运动控制的技术基础，但目前还没有有效的可变结构绳索牵引并联机器人运动学优化求解方法，无法为可变结构绳索牵引并联机器人的运动规划和运动控制提供技术支持。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种可变结构的绳索牵引并联机器人的运动学优化求解方法，能解决目前没有对可变结构绳索驱动并联机器人进行运动学优化求解的方法，无法为可变结构绳索牵引并联机器人的运动规划和运动控制提供技术支持的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种可变结构绳索牵引并联机器人的运动学优化求解方法，其特征在于，用于对可变结构绳索牵引并联机器人进行运动学优化求解，包括以下步骤：

步骤1，设定可变结构绳索牵引并联机器人的坐标系和参数：

将所述可变结构绳索牵引并联机器人的世界坐标系用{O}表示；

将所述可变结构绳索牵引并联机器人的空间动平台的参考坐标系用{O_p}表示，该参考坐标系设置在空间动平台的几何中心点；

将所述空间动平台在所述世界坐标系{O}中的位姿用p表示；

将所述可变结构绳索牵引并联机器人的直线移动装置上绳索引出点A_i的位置用向量h_i表示；

将所述可变结构绳索牵引并联机器人的动平台上绳索连接点B_i在所述空间动平台的参考坐标系{O_p}中的位置用向量b_i表示；

将从所述世界坐标系{O}中B_i点到A_i点的绳索向量用l_i表示；