绳驱并联分拣系统的运动规划及控制研究

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绳驱并联机构通过绳索驱动末端执行器在大工作空间内移动,绳索绕线装置通常被安装于地面或者工作台上,降低了整体机构的运动负荷,进而可以获得更高的运动速度以及加速度。与刚性并联机构和刚性机械臂相比,采用绳索作为驱动装置可以有效地减少发生事故时所造成的经济损失以及对人员的伤害。鉴于上述优势,绳驱并联机构被广泛的应用于生活中的各种场景。本文首先对绳驱并联机构进行了运动学与动力学建模。在系统建模中,首先考虑出绳装置中滑轮的半径以及自身转动的影响建立了精确的逆运动学模型,分析了滑轮半径对绳索实际长度以及对出绳点坐标的影响。随后在建立正运动学模型时,给出了一种基于空间几何的正运动学模型求解方法,可以在保证求解精度的同时提高求解速度。最后综合末端执行器的动力学模型以及绳索绕线装置的动力学模型建立了完整的绳驱并联机构的动力学模型。随后考虑工作空间存在障碍物时的运动规划问题,首先列举了几种常见的运动规划算法并对比分析其特性,随后给出了一种基于RRT*的绳驱并联机构的运动规划算法并进行了仿真验证。在上述系统建模与运动规划的基础上,进行了绳驱并联机构的运动控制算法设计。首先给出了一种基于精确动力学模型所设计的具有期望张力补偿的增广PD控制器,该算法的控制性能高度依赖于模型参数的准确性。随后为了解决模型参数不确定性对控制性能带来的负面影响,本文提出了一种基于强化学习的控制方法,该算法通过强化学习来补偿参数不确定性以及其他扰动带来的负面影响,进而达到提高控制性能的目的。最后进行理论仿真,验证了所提控制算法的正确性。最后,通过动力学联合仿真与实物实验进一步验证所提控制算法的有效性。首先搭建了与实物平台同比例的动力学仿真环境,并进行了动力学联合仿真,验证了所提控制算法的正确性。随后,在所搭建的绳驱并联机构的实物实验平台进行了多组不同情况下的实物实验,进一步证明了所提控制算法的有效性与正确性。
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