基于預測補償模型的繩索并聯機構預松弛控制①

范 銀 金惠良 葉 騫

(上海交通大學機械與動力工程學院 上海 200240)

0 引 言

繩索并聯機構是一種特殊的并聯機器人，采用繩索代替傳統并聯機器人的剛性連桿，通過改變繩索的長度來控制繩索末端的運動狀態。相較于傳統并聯機構，繩索并聯機構結構簡單、工作尺度大、高負載能力、易于拆裝與重組、易于模塊化[1]。繩索并聯機構目前已經取得了廣泛的應用，如FAST大型射電望遠鏡[2]、索并聯攝像機器人[3]、起重機器人[4]等，但是運動過程中繩索張力必須為正[5]，這種單向受力的特性使得繩索末端的運動精度控制變得十分復雜。

針對繩索并聯機構的高精度運動控制問題，由于繩索并聯機構的自由度冗余特性，目前最常用的方式是基于運動學逆解的繩長控制方法。文獻[6]分析了系統的李雅普諾夫穩定性，并基于此提出了PD反饋控制方法。文獻[7]分析了繩索運動過程中的張力分配問題，提出一種非線性前饋控制。文獻[8]針對繩索形變等因素造成末端運動誤差問題，通過高精度視覺定位進行控制閉環。文獻[9]提出了神經網絡PID控制方法，減小了繩索末端運動誤差。但是多數文獻把重點都放在了繩索末端位置誤差上面，而忽略了姿態誤差、運動連續性等問題，而繩索末端位姿不連續，將造成索力分配不均、繩索震蕩、末端晃動等一系列問題。

本文研究6繩索并聯機構的高精度位姿控制問題。首先從理論角度推導了末端誤差來源，建立基于神經網絡預測模型的繩長誤差校正機制來減小誤差，但是不能完全消除誤差。……