具有关节角反馈的绳驱动拟人臂机器人控制研究

admin · 发表于 2023-9-27 15:26:28

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本文研究了一种具有关节角位置反馈的绳驱动拟人臂机器人，围绕机器人的机构分析，控制系统设计实现，运动学分析，位置误差分析及补偿算法实现，绳上张力的优化分配与控制等方面进行了深入的研究。首先根据绳驱动拟人臂机器人仿人手臂的特点，要求具有较好的灵活性和快速响应能力，同时由于绳驱动拟人机械臂驱动绳索和传感器较多，对控制系统的实时性和运算能力要求高的特点，本文设计了基于PC+PMAC多轴控制卡的双CPU集中式控制系统架构。根据任务要求，将轨迹路径生成，运动学算法和机器人运行状况的监控与显示等对实时性要求不高的任务放在上位PC机上执行，将各个电机的控制和伺服更新的对实时性要求较高的任务放在下位机PMAC多轴控制卡上执行。此方案利用了PC机资源丰富便于开发和控制卡实时性好运算精度高的优点，具有整个控制系统界面友好，便于开发和扩展，伺服控制精度高的特点。对绳驱动拟人臂的机构精度和误差来源进行了分析，针对绳的柔性及载荷变化等使得机构定位精度变差的缺点，在机器人的各个关节上均安装编码器读取关节位置。针对并联机构的输出耦合题目，本文在控制上采用线性位置插补和位置逆解实时计算与在线误差补偿的方法实现各被动关节的闭环控制。采用旋量理论对机器人的运动学进行研究，并采用了基于运动可优化度的速度解法和P-K子题目法相结合的方法对拟人臂机器人的运动学进行分析。绳驱动机器人由于绳索只能提供拉力不能提供推力，需要维持绳上的张力大于零方能实现力闭合，同时过大过小的张力都会对机构构成损坏或者使机器人无法稳定运行。本文提出一种安全的张力优化控制算法，并根据机构对变刚度的要求，引入张力的安全域与调节度的概念，使得张力能够始终控制在张力的允许极限范围内并且连续可调。

具有关节角反馈的绳驱动拟人臂机器人控制研究

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