《繩索驅動並在線上器人的高速高精度動力學控制研究》是依託中國科學技術大學，由尚偉偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：繩索驅動並在線上器人的高速高精度動力學控制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：尚偉偉
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
繩索驅動能夠克服現有並在線上器人工作空間小和機械結構複雜的缺陷，但是，繩索的單向力特性、長度變化導致的變質量、非線性摩擦力、軌跡/拉力混合控制等特殊問題也給並在線上器人的理論研究和實際套用帶來了巨大的挑戰。為此，本項目從繩索驅動所帶來的特殊問題入手，利用機器人學、自動控制、最最佳化等領域的基礎理論和最新方法，逐一解決繩索驅動並在線上器人中的繩索拉力最佳化、變質量系統的動力學建模、非線性摩擦力建模與辨識、軌跡/拉力混合自適應控制等多個關鍵性理論問題，提出動力學層次上的精確係統建模和高精度控制方法。最後，利用實際的繩索驅動並在線上器人平台來驗證理論研究的優越性，並建立一套高速高精度動力學控制方案。本項研究工作將推動繩索驅動並在線上器人這一前沿課題的理論研究，拓展並在線上器人在大空間高速運動控制領域的套用，為我國新型機器人的研製和高端裝備製造業的發展提供重要的理論和技術支持。
結題摘要
繩索驅動能夠克服連桿式並在線上器人機械結構複雜和工作空間有限的缺陷，使並在線上器人成為低成本、大空間、高速度的運動平台。然而，運動過程中繩索必須保持張緊的單向力特性，使繩索驅動並在線上器人的運動控制區別於連桿式並在線上器人，相應的理論研究和實際套用具有巨大的挑戰性。本項目從繩索的單向力特性這一根本問題入手，運用動力學建模、系統辨識、最最佳化、非線性控制等先進理論，深入研究了並在線上器人的拉力分布、最優系統建模與動力學控制等問題，搭建了六自由度的繩索驅動並在線上器人平台，實現了高速高精度的動力學控制方案。主要研究內容和代表性成果包括以下五個方面：（1）從繩索驅動的單向力特性出發，研究了力可行工作空間，並以此為性能指標提出了最優的機構設計方法，並且提出了實時的拉力分布算法，其計算效率是現有算法的10倍；（2）通過懸鏈線模型和有限元方法分析了繩索的柔性和變質量特性，建立了繩索驅動並在線上器人完整的理論動力學模型，在此基礎上提出了一種動力學加速度反饋控制方案，解決了大空間的高速運動控制問題；（3）提出了一種融合運動學標定和動力學辨識的最優模型辨識方法，進一步針對未建模動態和軌跡擾動，提出了一種魯棒非線性控制器，其控制精度比傳統的增廣PD控制提高了40%以上；（4）提出了一種S型-梯形組合速度曲線來規劃超出機構靜態平衡工作空間的軌跡，進一步提出了非線性自適應控制方案；（5）搭建了8-6結構的繩索驅動並在線上器人平台，用於驗證所提理論算法的優越性。 本項目的研究成果已發表標註基金資助的論文20篇，包括SCI收錄論文11篇，EI收錄論文16篇，其中發表在IEEE-TRO，IEEE-TCST,IEEE-TASE, MECHMT等國際權威期刊上的論文10篇；獲得國家發明專利授權2項。上述研究成果為繩索驅動並在線上器人的工業套用提供了重要的理論基礎和關鍵的技術手段，給並在線上器人這一傳統研究領域帶來了新活力。
