基于绳驱并联机器人系统刚度的力/位混合控制

陈科举; 张尚盈; 张继磊; 罗诗洋; 张博伟

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2023.08.018

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于绳驱并联机器人系统刚度的力/位混合控制

试验分析 | 更新时间：2023-08-22

- 基于绳驱并联机器人系统刚度的力/位混合控制
- Force/Position Hybrid Control for Cable-driven Parallel Robots Based on the System Stiffness
- 机械传动 2023年47卷第8期页码：130-134
- 作者机构：
  
  1.武汉工程大学机电工程学院，湖北武汉 430205
  2.武汉誉琼科技有限公司，湖北武汉 430205
- 作者简介：
  
  陈科举（1997— ），男，河南周口人，硕士研究生；主要研究方向为绳驱并联机器人；3484223526@qq.com。
  张尚盈(1972— )，男，山东泰安人，博士，高级工程师；主要研究方向为并联机器人；13469968071@163.com。
- 基金信息：
  
  武汉工程大学第十三届研究生教育创新基金(CX2021066)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.08.018
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2023-08-15，
  
  收稿日期：2022-06-13，
  
  修回日期：2022-07-26，
扫描看全文
陈科举,张尚盈,张继磊等.基于绳驱并联机器人系统刚度的力/位混合控制[J].机械传动,2023,47(08):130-134.

Chen Keju,Zhang Shangying,Zhang Jilei,et al.Force/Position Hybrid Control for Cable-driven Parallel Robots Based on the System Stiffness[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(08):130-134.
陈科举,张尚盈,张继磊等.基于绳驱并联机器人系统刚度的力/位混合控制[J].机械传动,2023,47(08):130-134. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.08.018.

Chen Keju,Zhang Shangying,Zhang Jilei,et al.Force/Position Hybrid Control for Cable-driven Parallel Robots Based on the System Stiffness[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(08):130-134. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.08.018.

摘要

对8绳6自由度绳驱并联机器人进行支撑刚度分析，基于刚度模型进行了力/位混合控制研究。首先，对绳驱并联机器人进行系统描述；接着，根据矢量封闭原理进行运动学分析，并对动平台进行受力分析，推导出静力平衡方程；然后，在操作空间通过刚度矩阵建立负载变化与位姿变化之间的关系，推导出支撑刚度的解析表达式，进而分析了影响支撑刚度的因素。另外，考虑系统刚度、动平台位姿精度和力控制稳定性等因素，综合出力/位混合控制器。仿真结果表明，在系统刚度基础上提出的力/位混合控制策略有效降低了动平台的位姿误差。最后，通过实验验证了刚度模型与力/位混合控制策略的准确性和有效性。

Abstract

The supporting stiffness analysis of the eight-cable 6-DOF cable-driven parallel robot is conducted

and the force/position hybrid control is carried out on this basis. Firstly

the cable-driven parallel robot is described systematically. Secondly

a kinematic analysis is conducted according to the principle of vector closure. The force of the mobile platform is analysed

and the static equilibrium equation is derived by Newtonian mechanics. After that

the relationship between the load change and the position change is described by the stiffness matrix in the operational space

the analytical expression of the supporting stiffness is deduced

and the influencing factors of supporting stiffness are analysed. Moreover

the factors of system stiffness

mobile platform posture accuracy and force control stability are considered

integrating the force/position hybrid controller. The simulation results show that the position error of the mobile platform is effectively reduced by the force/position hybrid control strategy

which is designed based on the stiffness analysis. Finally

the accuracy and effectiveness of the stiffness model and the force/position hybrid control strategy are verified by experiments.

关键词

绳驱并联机器人支撑刚度力/位混合控制动平台位姿

Keywords

Cable-driven parallel robotSupporting stiffnessForce/position hybrid controlMobile platformPosition

references

LANDSBERGER S E.Design and construction of a cable-controlled parallel link manipulator［J］.Massachusetts Institute of Technology，1984：173-175.

BARRETTE G，GOSSEKIN C M.Determination of the dynamic workspace of cable-driven planar parallel mechanisms［J］.Journal of Mechanical Design，2005，127（2）：242-248.

LAFOURCADE P，LLIBRE M，REBOULET C.Design of a parallel wire-driven manipulator for wind tunnels［C］//Proceedings of the Workshop on Fundamental Issues and Future Research Directions for Parallel Mechanisms and Manipulators.Quebec City，Canada：Scientific Research Press，2002：187-194.

POTT A.Cable-driven parallel robots： theory and application［J］.Springer Tracts in Advanced Robotics，2018：383-400.

KRAUS W.Force control of cable-driven parallel robots［D］.Stuttgart：University of Stuttgart，2016：111-121.

郑亚青.绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究［D］.厦门：华侨大学，2004：196-199.

ZHENG Yaqing.Study of some key theoretical problems and its application in wind tunnel support system［D］.Xiamen：Huaqiao University，2004：196-199.

郑亚青.含弹性索的绳牵引并联机构的动力学和末端轨迹控制［J］.华侨大学学报（自然科学版），2018，39（6）：794-800.

ZHENG Yaqing.Dynamics and end trajectory control of the rope traction parallel mechanism with elastic cables［J］.Journal of Huaqiao University （Natural Science），2018，39（6）：794-800.

YU K，LEE L F，TANG C P，et al.Enhanced trajectory tracking control with active lower bounded stiffness control for cable robot［C］// 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation.IEEE，2010：669-674.

刘欣，仇原鹰，盛英.风洞试验绳牵引冗余并联机器人的刚度增强与运动控制［J］.航空学报，2009，30（6）：1156-1164.

LIU Xin，QIU Yuanying，SHENG Ying.Stiffness enhancement and motion control of redundant cable-driven parallel robot with wind tunnel test［J］.Acta Aeronautica ET Astronautica Sinica，2009，30（6）：1156-1164.

YUAN H，COURTEILLE E，DEBLAISE D.Static and dynamic stiffness analysis of cable-driven parallel robots［J］.Mechanism & Machine Theory，2015，85：64-81.

王宇奇.绳牵引并联机器人支撑系统的控制方法研究及样机实验［D］.厦门：厦门大学，2018：98-102.

WANG Yuqi.Research on control method of rope traction parallel robot support system［D］.Xiamen：Xiamen University，2018：98-102.

徐嘉骏.6-6型绳牵引并联机器人刚度性能优化与动力学建模方法研究［D］.天津：中国民航大学，2020：29-32.

XU Jiajun.Research on stiffness performance optimization and kinetic modeling method of type 6-6 rope traction parallel robot［D］.Tianjin：Civil Aviation University of China，2020：29-32.

李国江，张飞，李露，等.基于多种群协同进化算法的绳索牵引并联机器人末端位置误差补偿［J］.机器人，2021，43（1）：9.

LI Guojiang，ZHANG Fei，LI Lu，et al.End position error compensation of rope traction parallel robot based on multiple group coevolution algorithm［J］.Robot，2021，43（1）：9.

杨斌.三自由度绳驱并联机器人的建模与控制［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019：45-48.

YANG Bin.Modeling and control of a three-degrees of freedom rope drive parallel robot［D］.Harbin：Harbin Institute of Technology，2019：45-48.

韦慧玲，罗陆锋.基于位姿索力刚度的绳牵引并联机器人的稳定性评价方法：CN110948481B［P］.2022-12-06.

WEI Huiling，LUO Lufeng.Stability evaluation method of rope traction parallel robot based on position and cable force stiffness：CN110948481B［P］.2022-12-06.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据