[发明专利]一种全约束空间绳索驱动并联机构的力感模拟控制方法

权利要求书

1.一种全约束空间绳索驱动并联机构的力感模拟控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、确定运动解算方法：

将绳索分成两部分进行分析：工作空间内部分和驱动系统内部分，对于工作空间内部分，求解摆动角β_i、包角α_i、出绳点坐标^BS_i，最后得到工作空间部分绳长l_W,i；对于驱动系统内部分，通过两个时刻绳长状态得到恒等关系求解电机转角和绳长变化量关系；

步骤二、求解雅可比矩阵：

雅可比矩阵表示为：

J＝[l_n^T (^BR_P^Pa_i×l_n)^T]；

式中，J为机构的雅可比矩阵；^BR_P为全局坐标系和体坐标系之间位姿变化的旋转矩阵；l_n为单位绳长向量；^Pa_i为动铰点在体坐标系中的向量，^Ba_i＝^BR_P^Pa_i；

步骤三、确定张力分配方法：

采用Closed-form理论对绳索进行张力分配：

f_is＝-J^+Tw+f_m-J^+TJ^Tf_m；

式中，f_is为绳索张力；J^+T为雅可比矩阵伪逆；w为外力；f_m为张力范围最大最小值的平均值；

步骤四、建立考虑绳索弹性时机构的动力学模型：

假设绳索与移动平台、绳索与导向滑轮、绳索与卷扬之间的连接均为理想状态，则动力学数学模型表示为：

式中，L为各绳的单位方向向量所构成的矩阵；^PA为动平台铰点坐标矩阵；c_i为绳索的刚度；d_i为绳索的阻尼；Δl_i为绳索形变量；为绳索形变速度；E为3×3单位矩阵；I为动平台相对于定平台的惯量矩阵；Ω为反对称矩阵；m为移动平台质量；g为重力加速度向量；t为动平台相对于定平台的移动位移；ω和为动平台相对于定平台的转动角速度和角加速度；F为作用在移动平台上的外力；

步骤五、搭建闭环运动控制框架：

所述闭环运动控制框架包括基于关节反馈的运动控制框架和基于位姿反馈的运动控制框架，其中：基于关节反馈的运动控制框架和基于位姿反馈的运动控制框架均包括期望位姿、移动平台位姿反馈、卷扬转角反馈、内力协调、电机驱动系统、带有弹性绳索的动力学模型；

步骤六、确定力感模拟控制方案：

采用力感模拟环将整个机构等效为质量-弹簧-阻尼系统，从而得到力和运动间的传递函数，使外力转换为平台的位置修正量，通过设置不同的参数组合改变机构的物理特性，即机构的移动平台在外力F_ext作用下产生不同的运动状态输出；

步骤七、完成整体控制框架搭建：

所述整体控制框架至少包括两个部分：移动平台位置闭环、内力协调环。