(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210534218.X (22)申请日 2022.05.17 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114643584 A (43)申请公布日 2022.06.21 (73)专利权人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路 96号 (72)发明人 张彬　邓槟槟　尚伟伟　丛爽　 (74)专利代理 机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 1 1260 专利代理师 郑立明　付久春 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 9/10(2006.01)(56)对比文件 CN 105974797 A,2016.09.28 CN 110216685 A,2019.09.10 CN 113607378 A,2021.1 1.05 CN 102785245 A,2012.1 1.21 CN 103538068 A,2014.01.2 9 CN 106826807 A,2017.0 6.13 CN 111673742 A,2020.09.18 CN 113305809 A,2021.08.27 CN 10134 4730 A,2009.01.14 US 2022088786 A1,202 2.03.24 KR 102019418 B1,2019.09.0 6 解飞.绳索牵引并联机 器人的高精度轨 迹跟 踪控制研究. 《中国优秀硕士学位 论文全文数据 库 信息科技 辑》 .2021,第9-17页. 审查员 何成斌 (54)发明名称 一种绳索牵引并联机器人快速终端滑模同 步控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种绳索牵引并联机器人快 速终端滑模同步控制方法， 包括： 步骤1， 建立绳 索牵引并联机器人的运动学方程； 步骤2， 根据运 动学方程 建立整体动力学模型： 步骤3， 根据整体 动力学模型设定各绳长跟踪误差， 根据设定的各 绳长跟踪误差设定各绳长同步误差、 跟踪误差和 耦合误差； 步骤4， 设定控制各绳长耦合误差有限 时间收敛的滑模面； 步骤5， 根据各绳长耦合误差 和滑模面设定滑模面的趋近律， 根据滑模面、 滑 模面的趋近律和整体动力学模型确定快速终端 滑模同步控制律； 步骤6， 根据快速终端滑模同步 控制律对驱动各绳索的电机进行同步控制， 使各 绳索连接的动平台沿着给定的期望轨迹进行运 动。 该方法能提升绳索牵引并联机器人的运动控 制精度。 权利要求书4页 说明书11页 附图3页 CN 114643584 B 2022.09.30 CN 114643584 B 1.一种绳索牵引并联机器人 快速终端滑模同步控制方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1， 建立绳索牵引并联机器人的运动学 方程； 步骤2， 根据所述 运动学方程建立绳索牵引并联机器人的整体动力学模型： 步骤3， 根据所述整体动力学模型设定所述绳索牵引并联机器人的各绳长跟踪误差， 根 据设定的各绳长跟踪误差设定各绳长同步误差， 根据设定的各绳长跟踪误差和同步误差设 定各绳长耦合误差； 按以下方式根据所述整体动力学模型设定所述绳索牵引并联机器人的 各绳长跟踪误差、 各绳长同步 误差和各绳长耦合 误差， 包括： 根据第i根绳索的期望绳长 和实际绳长qi， 确定第i 根绳索的绳长跟踪误差为： 将所述绳长跟踪误差表示 为向量形式的绳长跟踪误差向量 为： e＝qd‑q (9)； 上述式(9)中， qd表示期望绳长向量； q表示实际绳长向量； 根据所述第i 根绳索的绳长跟踪误差， 确定第i 根绳索的绳长同步 误差为： 上述式(10)中， i ＝1,…,m； 当i＝m时， 令i+1＝1； 将所述绳长同步 误差表示 为向量形式的绳长同步 误差向量 为： 设定保证绳长跟踪 误差向量e和绳长同步误差向量es均收敛到零的第i根绳索的绳长耦 合误差为： 上述式(12)中， d是 大于0的常数； 设定相邻绳索的绳长同步 误差的偏差向量 为： 根据上述式(12)和(13)确定绳长耦合 误差向量ec为： 上述式(14)中， 增益矩阵D＝dia g(d， d，…， d)； 步骤4， 设定控制各绳长耦合误差有限时间收敛的滑模面； 按以下方式设定控制各绳长 耦合误差有限时间收敛的滑模面， 包括： 设定如下非奇异、 连续可微的快速终端滑模面， 该滑模面向量 为： 上述式(15)中， 为绳长耦合 误差向量ec的一阶导数向量； |·|为取绝对值操作； μ＝diag( μ1， ...， μm)和 η＝diag( η1， ...， ηm)均是正定的常数矩阵， μi和 ηi均为正常数； 常数φ满足 1/3＜φ＜1；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114643584 B 2步骤5， 根据所述步骤3设定的各绳长耦合误差和所述步骤4设定的滑模面设定控制各 绳长跟踪误差和同步误差 收敛速度的滑模面的趋近律， 根据设定的滑模面、 设定的滑模面 的趋近律和所述绳索牵引并联机器人的整体动力学模型确定快速终端滑模同步控制律； 根 据所述步骤3设定的绳长耦合误差向量ec和所述步骤4设定的滑模面向量s， 设定控制各绳 长跟踪误差和同步 误差收敛速度的滑模面的趋 近律为： 上述式(16)中， K1、 K2、 K3和Kz均为正定的增 益矩阵； sig(s)ρ＝(|s1|ρsign(s1)...|sm|ρ sign(sm))T， s1到sm为滑模面向量s的各个元素； 常数ρ 满足0＜(3φ ‑1)/(φ+1)≤ρ ＜ 1； Im表 示卷筒的惯量矩阵； 将得出的所述滑模面向量和所述滑模面的趋近律结合至所述绳索牵引并联机器人的 卷筒在关节空间中的动力学模型， 得 出设定的快速终端滑模同步控制律 为： 上述式(17)中， 各参数含义为： 为期望绳长的加速度向量； 为绳长同步误差的偏差 向量c的一阶导数； 为绳长耦合误差向量ec的一阶导数向量； 为实际绳长的速度 向量； 至 为 至 的一阶导数； Fv表示粘滞摩擦系数矩 阵； Fc表示库伦摩擦系数矩阵； N＝diag(k1， k2，…， km)是机构传动比矩阵； T表示所述绳索牵 引并联机器人的绳索张力； 步骤6， 根据所述快速终端滑模 同步控制律对所述绳索牵引并联机器人的驱动各绳索 的电机进行同步控制， 使各绳索连接的动平台沿着给定的期望 轨迹进行运动。 2.根据权利要求1所述的绳索牵引并联机器人快速终端滑模同步控制方法， 其特征在 于， 所述方法中， 所控制的绳索牵引并联机器人通过均由电机驱动的m根绳索收放控制动平 台在工作空间中n自由度运动的机器人， 其中， m、 n 为正整数， m大于等于n； 所述绳索牵引并联机器人的全局坐标系O ‑xyz的原点O位于固定在地面的该绳索牵引 并联机器人的基座上， 动平台坐标系P ‑xyz的原点P建立在所述动平台的质心处； 初始状态下， 全局坐标系O ‑xyz和动平台坐标系P ‑xyz各轴相互平行。 3.根据权利要求2所述的绳索牵引并联机器人快速终端滑模同步控制方法， 其特征在 于， 所述步骤1中， 按以下 方式建立绳索牵引并联机器人的运动学 方程， 包括： 在全局坐标系O ‑xyz中， 若动平台的位姿为 动平台的位置矢量为p＝[x y z]T， 则由X‑Y‑Z欧拉角定义的动平台的姿态矢量为 建立的所述绳索牵引并联机器 人的运动学 方程为： qi·ui＝R·bi+p‑ai (1)； 上述式(1)中， qi和ui分别为对应第i根绳索的长度和单位方向向量， i＝1, …,m； R为动 平台坐标P‑xyz和全局坐 标系O‑xyz之间的旋转矩阵； bi为连接点Bi在局部坐标系P‑xyz中的 位置向量， Bi为各绳索在所述绳索牵引并联机器人的动平台上的连接点； p为动平台在全局 坐标系O‑xyz中的位置矢量； ai为连接点Ai在全局坐标系O ‑xyz中的位置向量， Ai为各绳索在权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114643584 B 3