大型索牵引并联机器人的振动分析与控制研究

索牵引并联机器人的优点之一是其工作空间大，但当工作空间非常巨大时，在运行过程中柔索不可避免地会产生振动，严重影响系统的运行精度和响应速度。现阶段索牵引并联机器人的研究中多将柔索处理成直线索杆单元，这种做法无法应用于大型索牵引并联机器人，因此必须对其进行更为精确的动力学分析。.本申请着重研究大型索牵引并联机器人的非线性动力学及其控制问题。为考虑柔索的弹性变形及振动的影响，提出采用稳态运动加小幅振动的形式来描述柔索的动力学特性，结合柔索与末端执行器之间的耦合关系完成系统的动力学分析。同时，提出了柔索振动的间接观测算法，可通过索端张力的测量观测出柔索振动的模态坐标，增加了研究的实用性。最后，结合柔索的力学特性给出了相应的控制策略。动力学分析和相应控制策略的提出必将能够为大型索牵引并联机器人运行精度的提高奠定理论基础。

大型索牵引并联机器人中的柔索在系统运行过程中不可避免地会产生振动，严重影响系统的运行精度和响应速度。项目围绕这一问题从变长度索牵引系统的动力学分析、柔索小幅振动的观测和柔索的振动控制三个方面系统地开展研究。采用Newton法、Hamilton原理和变域有限元法分别建立了变长度柔索的动力学模型，发现在慢变系统中索长变化速度和加速度的影响可以忽略，由此得到一种在大范围稳态运动的基础上叠加小幅柔性振动的柔索牵引系统动力学模型，可简单有效地分析柔索动态特性对系统的影响。基于柔索动力学模型和柔索与末端执行器之间的耦合关系研究了相应的柔索振动的观测算法，可得到在柔索随动局部坐标系中横向振动的幅值。提出了一种振动控制策略，在对末端执行器和索端张力同时进行反馈后，通过滤波算法分离出系统的大范围运动和柔索的小幅振动，分别设计子控制器实现系统的大范围运动控制与柔索的振动抑制。利用样机对部分分析结果进行了实验验。研究期间，在国内外知名刊物上发表或录用论文18篇，其中英文SCI检索论文11篇，中文EI检索5篇。申请发明专利9项，其中受权1项，受理8项，获得软件著作权3项。参加国际会议2次。