(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210848877.0 (22)申请日 2022.07.19 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115070771 A (43)申请公布日 2022.09.20 (73)专利权人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路 96号 (72)发明人 张彬　邓槟槟　尚伟伟　 (74)专利代理 机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 1 1260 专利代理师 郑立明　付久春 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01)(56)对比文件 US 20191 18378 A1,2019.04.25 CN 111409069 A,2020.07.14 CN 110216685 A,2019.09.10 CN 112975912 A,2021.0 6.18 CN 105974797 A,2016.09.28 CN 10712 2568 A,2017.09.01 审查员 沈珍 (54)发明名称 一种绳索牵引并联机器人弹性双环同步控 制方法 (57)摘要 本发明公开了一种绳索牵引并联机器人弹 性双环同步控制方法， 包括： 步骤1， 根据绳索牵 引并联机器人的运动学方程和电机转动方程， 建 立弹性方程、 动平台动力学方程和卷筒端动力学 方程； 步骤2， 根据动平台运动学方程设定位姿组 合误差向量和位姿滑模向量； 步骤3， 根据位姿组 合误差向量和位姿滑模向量， 结合动平台动力学 方程、 弹性方程和电机转动方程， 设定绳索牵引 并联机器人的外环参考张力控制律和 内环电机 同步控制律； 步骤4， 根据外环参考张力控制律和 内环电机同步控制律对绳索牵引并联机器人驱 动各卷筒的电机进行同步控制。 该方法能在保证 多绳索同步控制的同时处理绳索 的弹性形变问 题， 有效提升控制性能和精度。 权利要求书4页 说明书11页 附图3页 CN 115070771 B 2022.12.30 CN 115070771 B 1.一种绳索牵引并联机器人弹性双环同步控制方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1， 根据绳索牵引并联机器人的运动学方程和电机转动方程， 建立所述绳索牵引并 联机器人的弹性方程， 并根据弹性方程建立绳索牵引并联机器人的动平台动力学方程和卷 筒端动力学 方程； 步骤2， 根据所述绳索牵引并联机器人的动平台运动学方程设定该绳索牵引并联机器 人张紧后的绳索长度跟踪误差 向量、 绳索长度同步误差 向量和绳索长度耦合误差 向量， 根 据设定的绳索长度耦合误差 向量设定所述绳索牵引并联机器人的位姿组合误差 向量和位 姿滑模向量； 步骤3， 根据所述步骤2中设定的绳索牵引并联机器人的位姿组合误差向量和位姿滑模 向量， 结合所述步骤1 中设定的绳索牵引并联机器人的动平台动力学方程、 弹性方程和电机 转动方程， 设定绳索牵引并联机器人的外环参 考张力控制律和内环电机同步控制律； 步骤4， 根据所述步骤3设置的外环参考张力控制律和内环电机同步控制律对所述绳索 牵引并联机器人驱动各卷筒的电机进行同步控制， 改变缠绕在各卷筒上 的绳索长度， 使各 绳索连接的动平台沿着设定的期望 轨迹进行运动。 2.根据权利要求1所述的绳索牵引并联机器人弹性双环同步控制方法， 其特征在于， 所 述方法中， 所控制的绳索牵引并联机器人通过驱动 m个电机来使电机连接 m个卷筒发生转 动， 改变缠绕在卷筒 上的m根绳索的长度， 控制动平台在工作空间中的 n自由度运动； 其中， m 和n为正整数，m大于n； 所控制的绳索牵引并联机器人的基坐标系为 O‑xyz， 其原点O位于固定在地面的该绳索 牵引并联机器人的基座上， 该基坐标系 O‑xyz为固定坐标系， 不随动平台的运动而发生变 化； 所控制的绳索牵引并联机器人的动平台坐标系为 P‑xyz， 其原点P位于动平台的质心 处， 该动平台坐标系 P‑xyz为动坐标系， 随着动平台的运动而变化； 初始状态下， 基坐标系 O‑xyz与动平台坐标系 P‑xyz的各坐标轴相互平行。 3.根据权利要求1或2所述的绳索牵引并联机器人弹性双环同步控制方法， 其特征在 于， 所述步骤1中， 按以下方式根据绳索牵引并联机器人的运动学方程和电机转动方程建立 绳索牵引并联机器人的弹性方程， 包括： 设定张紧后的绳索长度向量为 ， 根据如下的绳索牵引并联机器人 运动学方程求解得到第 i根绳索张紧后的绳长 ： （1） 上述式 （1） 中， 表示第i根绳索张紧后的绳长， i=1,2,..., m； 表示求向量的模长； 表示动平台坐标系原点 P在基坐标系 O‑xyz下的位置向量， 通过相机测量得到； 表示绳索 与动平台的连接点 Pi在动平台坐标系 P‑xyz下的位置向量； 表示绳索与卷筒的连接点 Bi在 基坐标系 O‑xyz下的位置向量； 表示动平台坐标系 P‑xyz与基坐标系 O‑xyz之间的旋转矩 阵， 通过相机测量得到；  设定张紧前的绳索长度向量为 ， 根据如下的绳索牵引并联机器 人电机转动方程 求解得到第 i根绳索张紧前的长度 ：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115070771 B 2（2） 上述式 （2） 中， 表示第i根绳索张紧前的长度； 表示第i根绳索的初始长度； 表示 机构的传动比； 表示电机转角， 该张紧前的绳索长度向量的表示形式为： （3） 上述式 （3） 中， 表示张紧前的绳索长度向量； 表 示 初 始 绳 索 长 度 向 量 ； 表 示 卷 筒 机 构 的 传 动 矩 阵 ； 表示电机转角向量； 根据绳索的弹性模量建立绳索牵引并联机器人的弹性方程 为： （4） 上述式 （4） 中， 表示绳索的张力向量； 为张紧后的绳索 长度向量； 为张紧前的绳索 长度向量； 表示绳索的刚度矩阵， 通过如下方程 （5） 求得： （5） 上述式 （5） 中， E表示绳索的弹性模量； A表示绳索的横截面积； di ag‑1(L2)表示对角元素 为L2的对角矩阵的逆矩阵， 为张紧前的绳索长度向量。 4.根据权利要求3所述的绳索牵引并联机器人弹性双环同步控制方法， 其特征在于， 所 述步骤1中， 按以下 方式根据弹性方程建立绳索牵引并联机器人的平台动力学 方程， 包括： 定义所述绳索牵引并联机器人的动能和势能之差为拉格朗日函数， 根据拉格朗日函数 得到绳索牵引并联机器人初始的动平台动力学 方程为： （6） 上述式 （6） 中， 表示动平台在基 坐标系O‑xyz下的位姿向量； 表示动平台在基坐 标系 O‑xyz下的速度向量； 表示动平台在基坐标系 O‑xyz下的加速度向量； 表示动平台的 质量和惯量矩阵； 表示动平台的科里奥利矩阵； 表示动平台的重力向量； 表示 绳索牵引并联机器人对应的雅可比矩阵； 表示绳索的张力向量； 将绳索牵引并联机器人的弹性方程 结合至初始动平台动力学方 程， 得出绳索牵引并联机器人最终的动平台动力学 方程为： （7） 。 5.根据权利要求3所述的绳索牵引并联机器人弹性双环同步控制方法， 其特征在于， 所 述步骤1中， 按以下方式根据弹性方程建立绳索牵引并联机器人的卷筒端动力学方程， 包 括： （8） 上述式 （8） 中， 表示卷筒的惯量矩阵； 表示卷筒的粘滞摩擦系数矩阵； 表示卷筒 的库伦摩擦系数矩阵； 表示电机转角的速度向量； 表示电机转角的加速度向量； 表示符号 函数； 表示电机的力矩向量。 6.根据权利要求3所述的绳索牵引并联机器人弹性双环同步控制方法， 其特征在于， 所权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115070771 B 3