[发明专利]应用于空间多自由度绳驱并联机器人的控制系统

说明书

应用于空间多自由度绳驱并联机器人的控制系统，涉及绳驱并联机器人控制技术领域。本发明是为了解决现有绳驱机器人控制方法精度低、效率低、不方便大空间部署的问题。本发明上位机用于接收期望位置坐标，主控制器用于对上位机发送的期望位置坐标进行位置与张力转换，获得绳驱并联机器人四个绕线装置绳索的张力值，四个从控制器分别与绳驱并联机器人的四个绕线装置一一对应，从控制器用于根据对应绕线装置绳索的张力值计算张力控制指令和绳长控制指令，并分别向对应绕线装置发送张力控制指令和绳长控制指令，所述张力控制指令为绳索在运动时间内每一时刻的期望张力，所述绳长控制指令为绳索在运动时间内每一时刻的期望绳长。

技术领域

本发明属于绳驱并联机器人控制技术领域。

背景技术

绳驱并联机器人最大的特点以及优点就是绳索驱动，一方面相比于同等长度的刚性连杆其重量大大减少，增加其灵活性，同时相比较于刚性连杆，绳索可以部署在更大的空间内，大大增加其工作空间。因此绳驱并联机器人具有传统工业机械臂以及绳驱串联机器人无法相比的优势，现在已经在飞行器模拟，大型射电望远镜中发挥巨大的作用。

绳驱并联机器人虽有着串联机器人无法相比的优势，但是绳索柔性以及控制系统方案的设计却是一大难题。当前市面上的绳驱机器人大多采用单独位置控制、单独力控制以及切换式力位混合控制方法，这些控制方法精度低，同时控制器设计困难，具体实施时较为困难。在整体控制系统上，当前主要是集中式控制系统，这种控制系统方案控制效率低，而且不方便大空间部署，不易操控。

发明内容

本发明是为了解决现有绳驱机器人控制方法精度低、效率低、不方便大空间部署的问题，现提供应用于空间多自由度绳驱并联机器人的控制系统。

应用于空间多自由度绳驱并联机器人的控制系统，包括：上位机、主控制器和四个从控制器，上位机用于接收期望位置坐标，主控制器用于对上位机发送的期望位置坐标进行位置与张力转换，获得绳驱并联机器人四个绕线装置绳索的张力值，四个从控制器分别与绳驱并联机器人的四个绕线装置一一对应，从控制器用于根据对应绕线装置绳索的张力值计算张力控制指令和绳长控制指令，并分别向对应绕线装置发送张力控制指令和绳长控制指令，所述张力控制指令为绳索在运动时间内每一时刻的期望张力，所述绳长控制指令为绳索在运动时间内每一时刻的期望绳长。

进一步的，上述主控制器包括：外环PID控制模块和位置与张力转换模块，外环PID控制模块用于将位置误差E_pos换算为外环位置控制量U_pos，所述位置误差E_pos为期望位置坐标与绳驱并联机器人的当前位置坐标之差，位置与张力转换模块用于利用外环位置控制量U_pos分别计算每个绕线装置绳索的张力值。

进一步的，上述外环PID控制模块通过下式将位置误差E_pos换算为外环位置控制量U_pos：

其中，K_p为比例系数，T_I为积分时间常数，T_D为微分时间常数。

进一步的，上述位置与张力转换模块包括以下单元：

根据外环位置控制量U_po_s获得第i个张力参数T_i的单元，i＝1,2,3,4，

其中，A_i为第i个绕线装置出绳口的坐标，P为期望位置坐标，

当T_i≥0时，将T_i作为第i个绕线装置绳索的张力值的单元，

当T_i0时，使第i个绕线装置绳索的张力值T_i＝T_i+M≥0的单元，其中，M为内力参数且满足u_iM＝0。