一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法技术方案

一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法，它属于多绳索并联驱动系统控制领域。本发明专利技术解决了现有多绳索并联控制方法的控制精度低、控制稳定性差的问题。本发明专利技术采取的技术方案为：步骤一、建立绳索空间下n根绳索长度的偏差耦合误差向量e

【技术实现步骤摘要】
一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法


[0001]本专利技术属于多绳索并联驱动系统控制领域，具体涉及一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法。

技术介绍

[0002]绳驱并联系统在许多工业场景中都具有良好的应用前景，但是精确地控制其末端执行器的位置和姿态是复杂且困难的，这极大地限制了绳驱并联机器人的实际应用。绳驱并联系统采用并联分布式构型，其工作原理是：绳驱并联系统通过控制n个互相独立的电机驱动n根独立的绳索，间接地控制末端执行器的位置与姿态。绳驱并联系统的驱动单元采用多根独立的柔性绳索，多根绳索长度调节的是否同步，在调节过程中绳索是否会产生振荡都会影响对末端执行器位置和姿态的控制精度。因此，绳索空间中的绳索长度的同步性是一个直接影响末端执行器控制精度和稳定性的因素。同时考虑到末端执行器的每一个位置点都由6个分量所组成，由X、Y、Z三轴坐标和绕X、Y、Z三轴旋转角度组成。末端执行器位置空间下的每个分量的控制同步性同样会影响末端执行器的控制精度和稳定性。但是现有控制方法并未同时考虑绳索空间下绳索长度的同步性和位置空间下位置分量的同步性，导致现有控制方法的控制精度仍然较低，控制稳定性仍然较差。因此，在控制器设计中需要将两者充分结合考虑，通过提高绳索空间和位置空间的同步性，进而改善对末端执行器的控制效果。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为解决现有多绳索并联控制方法的控制精度低、控制稳定性差的问题，而提出的一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
[0005]一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0006]步骤一、建立绳索空间下n根绳索长度的偏差耦合误差向量e
crc
；
[0007]步骤二、设计位置空间下末端执行器位置分量的偏差耦合误差向量e
prc
；
[0008]步骤三、基于e
crc
和e
prc
设计位置和绳索双空间下的偏差耦合误差向量e
pcrc
；
[0009]步骤四、基于e
pcrc
构建位置和绳索双空间同步控制器u
pcrcc
；
[0010]步骤五、基于u
pcrcc
构建最终的位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制器u
tc
‑
pcrcc
。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012](1)本专利技术考虑了位置空间同步性对末端执行器控制过程的影响，构建了一套基于环形拓扑偏差耦合的末端执行器位置耦合误差，基于此耦合误差所设计的同步控制器可以有效地提升末端执行器的控制稳定性和控制精度。
[0013](2)基于构建的绳索空间偏差耦合误差和位置空间偏差耦合误差，提出了一套位
置和绳索双空间偏差耦合误差，基于此耦合误差所设计的同步控制器可以有效地提升多绳索长度调节的同步性和末端执行器位置姿态调节的同步性。
[0014](3)本专利技术基于所构建的位置和绳索双空间偏差耦合误差，提出了一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法框架。相比于传统的控制器，采用本专利技术框架所设计的控制器可以有效地改善末端执行器的控制精度并削弱其自身的振荡。实验结果表明：采用本专利技术方法设计的控制器可以使X轴跟踪误差降低77.8％，Y轴跟踪误差降低80.5％，Z轴跟踪误差降低71.6％。
附图说明
[0015]图1为平面8字的X
‑
Y平面跟踪对比图；
[0016]图2为X轴跟踪误差对比图；
[0017]图3为Y轴跟踪误差对比图；
[0018]图4为Z轴跟踪误差对比图。
具体实施方式
[0019]下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]具体实施方式一、本实施方式所述的一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0021]步骤一、建立绳索空间下n根绳索长度的偏差耦合误差向量e
crc
；
[0022]步骤二、设计位置空间下末端执行器位置分量的偏差耦合误差向量e
prc
；
[0023]步骤三、基于e
crc
和e
prc
设计位置和绳索双空间下的偏差耦合误差向量e
pcrc
；
[0024]步骤四、基于e
pcrc
构建位置和绳索双空间同步控制器u
pcrcc
；
[0025]步骤五、基于u
pcrcc
构建最终的位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制器u
tc
‑
pcrcc
。
[0026]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤一的具体过程为：
[0027]e
crc
＝[e
crc1
…
e
crcn
]T
(1)
[0028]其中，e
crci
为第i根绳索对应的偏差耦合误差，i＝1,2,...,n，n是绳索的根数；
[0029]偏差耦合误差采用环状拓扑结构进行定义如下：
[0030][0031]其中，l
di
代表第i根绳索的期望长度，e
ci
代表第i根绳索长度的跟踪误差。
[0032]其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
[0033]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述第i根绳索长度的跟踪误差e
ci
为：
[0034]e
ci
＝l
i
‑
l
di
(3)
[0035]其中，l
i
为第i根绳索的实际长度。
[0036]其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
[0037]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述步骤二的具体过程为：
[0038]e
prc
＝[e
prc1
…
e
prcn
′
]T
(4)
[0039]其中，e
prci
′
为末端执行器的运动向量X中第i
′
个分量所对应的偏差耦合误差，i
′
＝1,2,...,n
′
，n
′
是运动向量X中分量的个数；
[0040]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、建立绳索空间下n根绳索长度的偏差耦合误差向量e
crc
；步骤二、设计位置空间下末端执行器位置分量的偏差耦合误差向量e
prc
；步骤三、基于e
crc
和e
prc
设计位置和绳索双空间下的偏差耦合误差向量e
pcrc
；步骤四、基于e
pcrc
构建位置和绳索双空间同步控制器u
pcrcc
；步骤五、基于u
pcrcc
构建最终的位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制器u
tc
‑
pcrcc
。2.根据权利要求1所述的一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：e
crc
＝[e
crc1
…
e
crcn
]
T
(1)其中，e
crci
为第i根绳索对应的偏差耦合误差，i＝1,2,...,n，n是绳索的根数；偏差耦合误差采用环状拓扑结构进行定义如下：其中，l
di
代表第i根绳索的期望长度，e
ci
代表第i根绳索长度的跟踪误差。3.根据权利要求2所述的一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法，其特征在于，所述第i根绳索长度的跟踪误差e
ci
为：e
ci
＝l
i
‑
l
di
(3)其中，l
i
为第i根绳索的实际长度。4.根据权利要求3所述的一种基于位置和绳索双空间同步的绳驱并联系统控制方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：e
prc
＝[e
prc1
...e
prcn
′
]
T
(4)其中，e
prci
′
为末端执行器的运动向量X中第i
′
个分量所对应的偏差耦合误差，i
′
＝1,2,...,n
′
，n
′
是运动向量X中分量的个数；偏差耦合误差e
prc...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓磊，卢彦岐，孙光辉，向治桦，郇百正，唐飞龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：