作为机器人家族的一员,索牵引并联机器人已被广泛应用于航空航天、灾害救援、摄影录像、医疗康复等领域。然而,相对于传统机器人,索牵引并联机器人的运动控制面临更大的挑战。例如,绳索只能承受轴向张力,并联机构具有强耦合等。因此,本文以立面三自由度四索牵引并联机器人为研究对象,提出基于ARM+FPGA的控制方案,并完成系统的设计和实验。控制系统方案设计:首先,充分考虑滑轮包角问题,建立绳索-滑轮的分析模型,并完成机构的逆运动学求解。然后,借助ADAMS软件完成机构的动力学建模并得到索力的变化规律。最后,在上述分析的基础上,结合不同控制方案的特点,提出ARM主控模块+FPGA驱动模块的控制系统方案。轨迹规划:运动控制与规划作为整个控制系统的核心,直接影响着机器人的执行精度和工作效率。针对轨迹规划完成了以下四部分工作:(1)利用静力学螺旋平衡方程求解有限拉力条件下末端执行器的工作空间。(2)借助三次B样条曲线完成运动轨迹的插值拟合。(3)提出一种基于改进型SCCA凸轮曲线的加减速算法。(4)在上述工作的基础上,基于连续小线段插补法实现了对末端执行器运动轨迹的规划。控制系统软件开发:一方面,配置ARM主控板的开发环境,并移植Linux系统作为软件基础。基于Qt Creator完成控制系统应用软件的开发、移植与测试等工作。另一方面,建立FPGA模块与ARM模块、采集模块的数据通信。在FPGA驱动模块中实现控制指令的缓存、校验、串并转换以及四路电机的并行驱动。实验验证:搭建原理样机并执行多种轨迹运动,完成系统基本功能和控制效果的实验验证。实验过程中,采用拉线传感器实现位姿测量,采用三滑轮拉力传感器实现索力测量。结果表明:(1)末端执行器的位置误差在2%左右。(2)旋转角度偏差在2°以内。(3)索力测量结果与仿真结果基本一致。最后,对实验误差进行分析,并提出对应的改进措施。