平面柔索并联机器人的运动控制关键技术研究

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柔索驱动并联机器人是一种利用柔索替换传统刚性连杆的新型并联机器人,它具有机构结构简单、重构性强、重量轻、可行工作空间大、制造费用低等众多优点。近几年来,柔索驱动并联机构在全球范围内引起了普遍关注,目前广泛应用于大型射电望远镜、飞行器风洞支撑系统、装配机器人、起重机器人、医疗康复机器人等领域。本文对柔索驱动并联机器人的国内外研究现状进行了调研和总结,将平面柔索驱动并联机构作为研究对象,对该机器人的运动控制关键技术进行了研究。建立了平面柔索驱动并联机器人的模型,基于该机器人模型进行了运动学分析。针对平面柔索驱动并联机器人的柔索张力求解问题及张力解优化问题,通过柔索并联机器人的静力学模型分析得到静力学平衡方程;结合柔索材料特性及机构运行要求,确定了机器人各柔索张力值的约束限定范围;利用线性规划理论,实现了1-范数张力优化算法和新型张力优化算法,有效地解决了柔索张力的优化问题。针对平面柔索驱动并联机构的轨迹规划问题,采用S型速度规划算法分别实现机器人的直线轨迹和圆形轨迹。基于MATLAB2014软件平台分别实现了运动学分析、张力优化算法及轨迹规划算法的实验仿真,验证了算法的可行性及有效性。
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