摘要：针对柔索驱动并联机器人的工作特点,研究柔索驱动并联机器人的运动控制方法。通过对柔索驱动并联机器人系统动力学的强非线性、参数不确定性以及受到外界干扰等系统特性的分析,探讨了系统适用的控制策略。进一步,设计了一种将常规PI控制和Fuzzy控制相结合的Fuzzy-PI混合离散控制策略来实现柔索驱动并联机器人轨迹跟踪控制。这种控制策略不仅能发挥模糊控制鲁棒性强、动态响应快的特点,而且具有常规PI控制器的动态跟踪品质和稳态精度。在此基础上,为了进一步提高Fuzzy-PI混合离散控制系统的适应能力,设计了一种带有自调整因子的模糊控制规则。数值结果表明,在相同给定条件下Fuzzy-PI控制算法、常规模糊控制和离散非线性PID控制算法跟踪期望轨迹时,沿X方向、Y方向和Z方向的跟踪误差分别在±10cm、±7cm、±3cm,±15cm、±8cm、±5cm,±15cm、±9cm、±4cm的范围内。

摘要：柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为驱动元件,并结合了并联机构和柔索驱动的优点。500m口径大射电望远镜(Five-hundred meter aperture spherical radio telescope,FAST)粗调系统通过6根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的6自由度运动,其工作特点与并联机器人类似,因此可被看作柔索驱动并联机器人。基于此,根据FAST 5m缩比试验模型,首先应用悬链线解析表达式推导出柔索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的馈源舱的作用力。其次,对该舱索系统进行逆运动学分析,采用拉格朗日方程建立柔索驱动并联机器人的逆动力学模型。最后,针对FAST 5m缩比模型的设计方案进行动力学仿真,数值结果表明该动力学建模是合理的。

摘要：由于驱动柔索的柔性和单向约束特性,以及柔索悬垂的影响,大跨度完全约束空间3-DOF柔索驱动并联机器人稳定性面临着严峻挑战。该文建立此种机器人的稳定性评价模型及其稳定性灵敏度分析模型,探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度。首先,基于机器人运动学和动力学模型,提出稳定性位置和柔索驱动力影响因子,建立稳定性评价模型。其次,采用灰色关联分析方法建立机器人稳定性灵敏度分析模型,提出采用关联度研究和衡量机器人末端执行器位置和柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。最后,以大跨度4索驱动摄像机器人为例,对所建立的稳定性评价模型和敏感度分析模型进行仿真研究。结果表明:摄像机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大,其次为位置影响因素,其中稳定性对末端摄像平台y方向位移的关联度最小。研究结果为大跨度完全约束空间3-DOF柔索驱动并联机器人运动轨迹的稳健优化设计与运动控制提供了指导方向。

摘要：4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力,但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此,对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究,提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法及其指标;建立4-1型柔索驱动并联机器人稳定性灵敏度分析模型,探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度,提出采用关联度研究和分析末端执行器位置及柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。以4索驱动拣矸机器人为例,对所建立的稳定性度量模型及其敏感度分析模型进行仿真研究,得出了能够保证拣矸机器人末端抓斗满足预定稳定性要求的位置点集。稳定性敏感度研究结果表明:拣矸机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大,关联度为0.9387~0.9647;其次为位置影响因素,关联度为0.5439~0.7743。

摘要：腰部损伤患者众多而康复师和智能化康复设备短缺,为了帮助患者恢复腰部运动能力,设计一种新型柔索驱动并联腰部康复机器人(Cable-driven parallel waist rehabilitation robot,CPWRR)。机器人由柔索驱动并联平台、下肢外骨骼和上肢固定机构组成,实现患者腰椎三自由度转动康复训练。考虑人体下肢与运动平台的运动耦合,力学分析过程引入两组辅助坐标系建立机器人的运动学模型,并运用拉格朗日法建立机器人的动力学模型。以人体腰部转动康复训练为实例,规划腰部运动轨迹,进行CPWRR康复训练数值模拟;同时,搭建CPWRR试验平台,进行康复训练试验。对比数值模拟和试验结果,柔索长度和拉力的数值模拟结果与试验数据相吻合,腰部的实际运动轨迹与预定的运动轨迹基本相同,表明CPWRR能够完成腰部康复训练,是一种前景良好的腰部康复设备,试验数据对柔性智能化医疗康复设备具有参考意义。

摘要：柔索驱动并联机器人具有运动速度快、工作空间大以及动态承载能力强等优点而被用于煤矸石的快速精准分拣。然而,由于柔索的柔性和单向受力特性,在运动过程中柔索必须时刻保持张紧,使得柔索驱动拣矸机器人的精准分拣控制面临着巨大挑战。同时,拣矸置矸过程所导致的动态冲击和动力学参数的不确定、以及外界干扰等因素势必会影响拣矸机器人末端抓斗的运动精度,甚至导致目标矸石的抓取工作失败。因此,提出了一种能够保障拣矸机器人末端抓斗运动精度的鲁棒自适应模糊控制策略,以克服拣矸置矸过程所产生的动力学参数扰动和外界干扰等因素的影响。基于Lyapunov稳定性理论,证明了所提控制策略的稳定性。并通过空间螺旋轨迹和实用的分拣轨迹对所提出控制策略的控制效果进行了仿真分析。结果表明:末端抓斗对预定运动轨迹的跟踪效果良好,最大位置跟踪误差和均方根误差分别为2×10^(-2) m和8.9867×10^(-4) m;柔索驱动力光滑连续且满足柔索驱动力约束条件。证明了文中鲁棒自适应模糊控制策略对柔索驱动拣矸机器人轨迹跟踪控制有效且可靠。研究能够为柔索驱动拣矸机器人的进一步应用奠定良好的理论基础。

摘要：柔索驱动并联机器人是一种特殊类型的并联机器人,其末端执行器由柔索替代刚性杆进行驱动。研究了一种索杆夹角可变的3自由度欠约束并联机器人,采用矢量闭环原理建立该机器人的逆运动学模型;根据拉格朗日方程,建立了该机器人的动力学模型。基于模型补偿的机器人PD控制理论,设计了该机器人的PD控制器;给定机器人末端执行器的运动轨迹,使末端执行器的位姿变化通过机器人的逆运动学转化为柔索长度的变化,以柔索长度作为控制系统的输入。实验结果验证了该机器人的逆运动学和动力学模型的正确性及控制方法的有效性。