一种四索牵引平动并联机器人的运动分析与控制

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大型体育场馆摄像用四索牵引平动并联机器人,在做大范围运动时会伴有低频振动,使得安装于执行器上的高精度摄像机很难稳定拍摄,降低了摄像效果。本文采用有限元的思想建立系统的动力学方程,进而仿真分析系统运行时的振动情况,然后采用了数字PID控制策略降低系统的振动,提高性能。首先,进行系统的运动学逆解和正解分析,得到执行器位置与驱动索长的非线性映射关系。其次,建立考虑索段质量和弹性延长影响的有限元模型。根据索段的弹力,重力,阻尼力和惯性力,利用牛顿法得到柔索的动力学方程。将执行器和柔索组合,得到系统的动力学方程。再次,编写MATLAB程序进行数值仿真,验证了动力学模型正确,分析了不同轨迹,不同速度和不同加速度的运动情况下执行器的振动情况。最后,采用索长反馈的数字PID控制,通过实时调节索长来控制系统的振动。考虑到工程应用,对控制算法,反馈系统采样方法,索长反馈计算方法进行了探讨,最后验证控制策略是有效的。
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