專利名稱：基于索長/索力的巨型索系并聯(lián)機器人繩索調(diào)整方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機械工程，涉及工程部件，具體地說是一種并聯(lián)機器人繩索長度的調(diào)整方法，可用于指導大跨度索系并聯(lián)機器人高精度定位。
背景技術：
隨著科技的不斷進步，天文學家需要建造有效接收面積達一平方公里的射電望遠鏡，將其命名為新一代大射電望遠鏡LT。眾所周知，反射面口徑直接影響著射電望遠鏡的接收能力，但由于地面環(huán)境因素對天線反射面精度的影響，目前全可動拋物面天線的最大口徑只能做到100米左右。美國于20世紀70年代初在波多黎格建造了目前世界上最大的口徑為305米的Arecibo球反射面射電天文望遠鏡，與傳統(tǒng)天線不同，它的反射面鋪設在KARST洼地中，天線反射面是固定不動的，而饋源則在鋼索懸吊的固定背架結(jié)構(gòu)上做跟蹤射電源的運動。但不足之處在于饋源的方位和俯仰運動為純機械方式，跟蹤精度不高；饋源背架結(jié)構(gòu)重達1000多噸，自重大、造價高；反射面為球面，電磁波經(jīng)球反射面反射匯聚于一根線，采用線饋源接受信號，因而接收帶寬窄。Arecibo的接收面積僅為預計建造LT的三十分之一，如果LT工程方案采用Arecibo的設計方案，其高昂的造價是不可被接受的。為此，西安電子科技大學段寶巖教授結(jié)合現(xiàn)代的計算機、自動控制與激光檢測技術，提出了全新的LT機電光一體化設計方案。在該設計方案中，原Arecibo大射電望遠鏡中重達800多噸的、固定的背架支撐結(jié)構(gòu)被僅重達20噸左右的、由六根繩索拖動的饋源系統(tǒng)所代替，通過激光檢測裝置實時檢測饋源系統(tǒng)的空間位置姿態(tài)，由計算機主動控制繩索的收放來實時調(diào)整饋源系統(tǒng)的位姿，以滿足饋源軌跡跟蹤高精度要求，如圖1所示。該LT機電光一體化的設計方案同Arecibo望遠鏡相比1、饋源支撐結(jié)構(gòu)的重量從1000噸降到約30噸，造價隨之大幅度降低，從根本上解決了Arecibo大射電望遠鏡設計方案造價太高的難題；2、饋源具有更大范圍的運動空間，這使望遠鏡的觀測天頂角從±20°提高到±60°。從操作功能來看，LT艙索系統(tǒng)屬于索系并聯(lián)機器人。
所謂索系并聯(lián)機器人是用可動的繩索或鋼絲將上下兩平臺通過球鉸或虎克鉸聯(lián)接而成的、在三維空間按要求實現(xiàn)任意方向的移動和繞任何方向、位置的軸線轉(zhuǎn)動的一類機構(gòu)。由于繩索具有輕質(zhì)的特點，克服了傳統(tǒng)剛性并聯(lián)機器人工作空間較小的弱點，得到眾多研究者的關注，同時由于繩索是索系并聯(lián)機器人的執(zhí)行元件，繩索調(diào)整量合適與否，直接影響了饋源艙的定位精度，因此繩索調(diào)整方法是LT中的關鍵技術。
國外研究現(xiàn)狀自從80年代末期起，在日本，繩牽引并聯(lián)機構(gòu)的概念逐漸流行起來。Ming等人首先提出了完全約束定位機構(gòu)的基本分類，指出不完全約束定位機構(gòu)需要另外的力，如重力來保持穩(wěn)定性(Ming A，Higuchi T.Study on multiple degree of freedompositioning mechanisms using wires(Part 2)development of a planarcompletely restrained positioning mechanism.International Journal of theJapan Society for Precision Engineering，1994，28(3)235-242)；另外，還指出，由于繩索只能承受拉力，不能承受壓力，故繩牽引并聯(lián)機構(gòu)一般應采用冗余驅(qū)動，即n個自由度的繩牽引并聯(lián)機構(gòu)至少要由n+1根繩來牽引(Ming A，Kajitani M，HiguchiT.On the design of wire parallel mechanism.International Journal of the JapanSociety for Precision Engineering，1995，29(4)337-342)。Takeda和Funabashi提出了一種由七根繩牽引的力傳遞性能好、工作空間大的六自由度并聯(lián)機構(gòu)，并首次對該類型的繩牽引并聯(lián)機構(gòu)進行了力傳遞性能分析(Takeda Y，F(xiàn)unabashi H.Kinematic synthesis of spatial in-parallel wire-driven mechanism with sixdegrees of freedom with high force transmissibility.InProceedings of theASME-DETC2000，Baltimore，Maryland，2000)。Kino等人開始對繩桿混合并聯(lián)機構(gòu)進行了研究(Kino H，Kawamura S.Development of a serial link structure/parallel wire system for a force display.InProceedings of IEEE InternationalConference on Robotics and Automation，Washington D.C.，May，MPI-6.3，2002)。Yamamoto等人則研究了3根繩索牽引6自由度不完全約束并聯(lián)機構(gòu)的力學及軌跡跟蹤控制問題(Yamamoto M，Yanai N，Mohri A.trajectory control of incompletelyrestrained parallel-wire-suspended mechanism based on inverse dynamics.IEEETransactions on Robotics，2004，20(5)840-850)。
德國學者Maier等人針對帶有串聯(lián)子系統(tǒng)的繩牽引機構(gòu)進行了逆解、動力學和控制問題的早期研究工作之后(Maier T，Woernle C.Kinematic control of cablesuspension robots.InProceedings of NATO-ASI Workshop on ComputationalMethods in Mechanisms，Varna，Bulgaria，1997421-430，NATO)，在Rostock大學建立了一個研究中心，主要針對冗余約束定位機構(gòu)進行研究，并研制出一種樣機。
意大利Melchiorri等人則以繩索驅(qū)動并聯(lián)機器人系統(tǒng)為原型，開發(fā)了一種觸覺裝置，并對相關的控制技術、運動學等問題進行了研究(Melchiorri C，Vassura G..Development and application of wire-actuated haptic interfaces.Journal ofRobotics System，2001，18(12)755-768)。
加拿大Gosselin等人引入動力學工作空間的概念，給出了繩牽引平面并聯(lián)機構(gòu)工作空間邊界的解析表達式，成功研制了9根繩牽引的具有超大平動工作空間的并聯(lián)機構(gòu)的樣機(Gouttefarde M，Gosselin C M.Analysis of the wrench-closureworkspace of planar parallel cable-driven mechanisms.IEEE Transactions onRobotics，2006，22(3)434-445)。McGill大學和加拿大國家研究委員會自1998年起開始研制利用繩牽并聯(lián)機構(gòu)調(diào)整大型射電望遠鏡的饋源位置(Dewdney P，Nahon M，Veidt B.The large adaptive reflectora giant radio telescope with an aerotwist.Canadian Aeronautics and Space Journal，2002，48(4)239-250.)。Behzadipour和Khajepour則研究了3自由度繩桿混合機構(gòu)的時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃(Behzadipour S，Khajepour A.Time-optimal trajectory planning in cable-basedmanipulators，IEEE Transactions on Robotics，2006，22(3)559-563)。
國內(nèi)研究現(xiàn)狀東北大學和中科院沈陽自動化研究所隋春平等人合作對4根繩索驅(qū)動3自由度并聯(lián)機構(gòu)的力學分析及控制進行了研究(隋春平，張波，趙明.一種3自由度并聯(lián)柔索驅(qū)動柔性操作臂的建模與控制.機械工程學報，2005，41(6)60-65)。清華大學汪勁松教授等人在考慮繩索質(zhì)量的情況下，對3自由度及6自由度繩牽引并聯(lián)機構(gòu)進行了靜力學分析(]Kozak K，Zhou Q，Wang J S.Static analysis of cable-drivenmanipulators with non-negligible cable mass.IEEE Transactions on Robotics，2006，22(3)425-433.)。華僑大學鄭亞青博士針對繩牽引并聯(lián)機構(gòu)的若干關鍵技術做了深入的研究，特別是對繩牽引并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)型、拉力分布優(yōu)化、工作空間、剛度、冗余性、軌跡規(guī)劃做了深入的理論研究與大量的數(shù)值仿真研究工作(鄭亞青，劉雄偉.繩牽引并聯(lián)機構(gòu)拉力分布優(yōu)化.機械工程學報，2005，41(9)140-145.)；另外，鄭亞青博士和廈門大學林麟教授還合作對低速風洞繩牽引并聯(lián)支撐系統(tǒng)的機構(gòu)與模型姿態(tài)控制方案進行了研究(鄭亞青，林麟，劉雄偉.低速風洞繩牽引并聯(lián)支撐系統(tǒng)的機構(gòu)與模型姿態(tài)控制方案設計.航空學報，2005，26(6)774-778)。
上述各種并聯(lián)繩索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但基本原理都是通過調(diào)節(jié)多根繩索的長度實現(xiàn)物體的空間運動，其基本思想與大射電望遠鏡機電光一體化方案相似，然而這些并聯(lián)繩索系統(tǒng)由于繩索跨度小、自重輕、動平臺質(zhì)量大，在設計計算中完全忽略了繩索自重引起的變形，將繩索簡化為直線來考慮，從而使系統(tǒng)線性化。根據(jù)所述相關文獻提供的數(shù)據(jù)，可以計算出上述并聯(lián)機器人繩索單位長度的質(zhì)量為1.786×10-3kg/m，繩索質(zhì)量與懸吊物體質(zhì)量之比約為1∶10，而繩索饋源系統(tǒng)中繩索單位長度的質(zhì)量設計為6.524kg/m，繩索質(zhì)量與動平臺質(zhì)量之比可達到1∶4。當繩索跨度300米時，如不容許虛牽，繩索撓曲線比兩端點直線要長出1.6m多，造成艙索系統(tǒng)空間定位誤差大于粗調(diào)系統(tǒng)50cm的指標要求，求繩索長度已不能近似為直線。因此上述理論成果并不適于LT，不能通過調(diào)整繩索長度實現(xiàn)而對饋源艙的精度定位。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于力傳感器巨型索系并聯(lián)機器人繩索長度調(diào)整方法，以實現(xiàn)通過調(diào)整繩索長度對饋源艙進行精度定位。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明采用現(xiàn)代高精度測量儀器、結(jié)合分析計算模型和計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，對繩索長度或者張力進行調(diào)整，實現(xiàn)對大跨度繩索牽引系統(tǒng)的高精度定位，具體過程如下(1)架設測量儀器，標定站點坐標和塔頂坐標；(2)輸入饋源艙被跟蹤星體的赤緯角，確定饋源艙運動軌跡上的離散點坐標，即 式中，是地理緯度；δ是赤緯角；H是時角；ρ是反射面的曲率半徑；R是反射面所在球面的半徑；
(3)由所述的離散坐標得出饋源艙的理論姿態(tài)，利用懸鏈線方程解出每個離散點所在位置的繩索理論長度；(4)啟動激光全站儀測量機，自動跟蹤饋源艙上的棱鏡獲得棱鏡在饋源艙上的整體坐標系，并將該坐標系的坐標值傳輸給測量計算機，通過剛體坐標轉(zhuǎn)化，得到繩索與饋源艙連接點的整體坐標值；(5)通過繩索力傳感器測量出繩索張力，并將該繩索張力的實測數(shù)據(jù)與饋源艙連接點的坐標值通過數(shù)據(jù)線傳輸給主控計算機，利用懸鏈線方程計算出繩索當前的實際長度，用該繩索實際長度與理論繩索長度進行比較，得出繩索理論長度和實際長度的差值；(6)將繩索理論長度和實際長度的差值通過張力與位置的混合控制算法，計算出繩索需要的調(diào)整量，即U(k+1)=U(k)+k2θ^(k+1)r2+||θ^(k+1)||2(Y(k+1)-Y(k))]]>k2是跟蹤修正因子，r2是穩(wěn)定修正因子；θ是輸入和輸出關系矩陣，Y(n)表示系統(tǒng)實際輸出，U為輸入，k表示調(diào)整次數(shù)；Y(k+1)表示理想的輸出。
(7)將計算出的繩索調(diào)整量，送入電機執(zhí)行機構(gòu)進行繩索的收放，牽引饋源艙運動；(8)反復運行步驟(5)-(7)，對繩索進行精確調(diào)整，最終完成饋源艙的空間掃描運動。
上述巨型索系并聯(lián)機器人繩索長度調(diào)整方法，其中步驟(4)所述的計算每個離散點繩索理論的長度，按如下步驟進行1)根據(jù)跟蹤的星體，利用地球自轉(zhuǎn)方程，通過如下公式求出局部坐標系與整體坐標系下的理想姿態(tài)角；α=arctgy*-yo1dx*-xo1d]]>γ=arccosz*-zo1drd]]>式中，xo1d、yo1d、zo1d是饋源艙中心點理論坐標值，x*，y*，z*是被跟蹤星體坐標值，rd為饋源艙和被跟蹤星體之間的距離，α表示饋源艙理論方位角，γ表示饋源艙理論俯仰角；2)根據(jù)整體坐標系下的坐標值和星體的坐標值，由歐拉公式求出饋源艙局部坐標系與整體坐標系下的姿態(tài)角，并通過剛體坐標轉(zhuǎn)換公式，得到饋源艙和繩索連接點在整體坐標系的坐標值，即xi=xO1d+xisinα+yicosαcosγ+zicosαsinγyi=yO1d-xisinα+yisinαcosγ+zisinαsinγzi=zO1d-yisinγ+zicosγ]]>式中，(xi，yi，zi)和(xi，yi，zi)分別表示饋源艙和繩索第i個連接點在整體坐標和饋源艙局部坐標下的數(shù)值；(xO1d，yO1d，zO1d)表示饋源艙中心點在整體坐標系的理論坐標值；3)根據(jù)饋源艙和繩索連接點在整體坐標系的坐標值與塔頂?shù)淖鴺?，將繩索對饋源艙體的作用力分解為，F(xiàn)i＝[HicosβiHisinβiVi]T，其中Hi和Vi分別為繩索張力Fi的水平和鉛垂分量；βi表示第i根繩索水平張力和整體坐標的夾角；4)根據(jù)給定饋源艙體相對饋源艙體局部坐標系O1z1軸的轉(zhuǎn)角θ，建立饋源艙的六個空間力系平衡方程組Σi=16Hicosβi=0Σi=16Hisinβi=0Σi=16Vi-W=0Σi=16(yiVi-ziHisinβi)-W·yd=0Σi=16(ziHicosβi-xiVi)+W·xd=0Σi=16(xiHisinβi-yiHicosβi)=0]]>式中，W是饋源艙重力，xd，yd是饋源艙重心坐標，(xi，yi，zi)是繩索與饋源艙連接點的全局坐標；5)建立單根繩索的靜力平衡方程，Hihi-Vili-∫0l1qxi1+z.i2dxi=0(i=1,···,6)]]>式中，hi(i＝1，…，6)是繩索上端點與下端點的高度差，li(i＝1，…，6)是繩索在總體坐標系下水平面上的投影；q是繩索單位長度的重量；z(x)=-kch(xk+c2)+c1]]>是繩索懸鏈線的方程，k=Hq,]]>H為懸索在x處的水平張力。c1、c2兩個待定系c1-kch(c2)=0c1=kch(lk+c2)+h]]>6)將饋源艙的六個空間力系平衡方程與單根繩索的靜力平衡方程進行運算，得出第i根繩索的Hi，將Hi帶入第i根繩索的懸鏈線方程zi，對zi求積分，得到理論繩索的長度，即Lid=∫0l11+z.i2(x)dx.]]>上述巨型索系并聯(lián)機器人繩索長度調(diào)整方法，其中步驟(5)所述的計算繩索當前的實際長度，包括如下步驟1)由均勻分布在饋源艙底圓上三個棱鏡b1，b2，b3，算出三個棱鏡組成平面中心的直角坐標值box=(b1x+b2x+b3x)/3boy=(b1y+b2y+b3y)/3boz=(b1z+b2z+b3z)/3]]>式中，(bix，biy，biz)表示第i(i＝1…3)個棱鏡在整體坐標系的坐標值，2)由三個棱鏡的直角坐標值算出饋源艙局部坐標Z′軸在整體坐標系下的矢量表達式m1=b1b2‾×b2b3‾|b1b2‾×b2b3‾|;]]>
3)由所述的矢量m1，得到饋源艙底面中心ro1和饋源艙頂端點ro2在整體坐標系下的坐標為ro1＝[ro1x，ro1y，ro1z]T＝R1k1+[box，boy，boz]Tro2＝[ro2x，ro2y，ro2z]T＝R2k1+[box，boy，boz]T式中，R1為饋源艙底面中心與三個棱鏡組成平面中心的距離；R2為饋源艙頂端點與棱鏡組成三角形中心的距離；(ro1x，ro1y，ro1z)為饋源艙底面中心ro1在整體坐標系下的三個坐標分量；(ro2x，ro2y，ro2z)為饋源艙頂端點ro2在整體坐標系下的三個坐標分量；4)用(ro1x，ro1y，ro1z)和(ro2x，ro2y，ro2z)分別代替所述饋源艙理想姿態(tài)公式中的(xo1d，yo1d，zo1d)和(x*，y*，z*)，即可以得到實際饋源艙姿態(tài)角，α′=arctgro2y-ro1yro2x-xo1x]]>γ′=arccosro2y-ro1yR2-R1]]>式中，α′表示饋源艙實際方位角；γ′表示饋源艙實際俯仰角5)利用饋源艙的實際姿態(tài)角，即方位角α′和俯仰角γ′，進行剛體坐標轉(zhuǎn)換，得到饋源艙和繩索第i個連接點在整體坐標系下的實際位置坐標值，即xi′=box+xisinα′+yicosα′cosγ′+zicosα′sinγ′yi′=boy-xisinα′+yisinα′cosγ′+zisinα′sinγ′zi′==boz-yisinγ′+zicosγ′]]>6)根據(jù)繩索張力傳感器測量的繩索張力，通過如下公式求出繩索的實際長度L，L2=l2η2sinh2η+h2]]>
其中，h是繩索兩端的高度差，η=-q0l2Fx,]]>l是其在水平平面上投影的長度，q0是繩索的線密度，F(xiàn)x是繩索張力在水平方向的分量。
上述巨型索系并聯(lián)機器人繩索長度調(diào)整方法，其中步驟(6)所述的將繩索的差值通過力與位置的混合控制算法，計算出繩索需要的調(diào)整量，包括如下步驟1)將繩索理論長度和實際長度的差值或繩索理論張力和實際張力的差值，代入如下公式，得到繩索輸入和輸出的關系矩陣θ^(k+1)=θ^(k)+k1U(k)r1+U(k)TU(k)(YT(k+1)-(θ^(k)U(k))T)]]>式中， 和 分別表示上一時刻和當前時刻輸入和輸出的關系矩陣，k1表示權(quán)重因子，r1表示遺忘因子，YT(k+1)表示當前繩索理論長度和實際長度或力的差值，U(k)為上一個時刻輸出的繩索調(diào)整量或力，k為調(diào)整次數(shù)；2)根據(jù)饋源艙理想位置(rO1，yO1，zO1)和饋源艙實際位置(ro1x，ro1y，ro1z)的位置差值，對繩索輸入和輸出的關系矩陣準確性進行判斷，如果該位置差值小于設定的值，則按如下公式直接計算出繩索的調(diào)整量或力，U(k+1)=U(k)+k2θ^(k+1)r2+||θ^(k+1)||2(Y(k+1)-Y(k)),]]>如果該位置差值大于設定的值，按照如下公式重新確定所述關系矩陣，即θ^(n)=θ^(n-1)+S(n)[Y(n+1)-U(n)Tθ^(n-1)]]]>其中，S(n)=P(n-1)U(n)c+U(n)TP(n-1)U(n)]]>P(n)=1c[P(n-1)-S(n)U(n)TP(n-1)]]]>式中，S(n)為卡爾曼增益矢量，P(n)為理想輸出索長和實際輸入索長誤差的協(xié)方差矩陣，n為迭代的次數(shù)，c為更新因子；
3)用重新確定的矩陣 替代繩索輸入和輸出的關系矩陣 即θ^(k+1)=θ^(n),]]>再通過公式U(k+1)=U(k)+k2θ^(k+1)r2+||θ^(k+1)||2(Y(k+1)-Y(k))]]>計算出繩索長度的調(diào)整量或繩索張力的調(diào)整量，當YT(k+1)表示當前繩索理論長度和實際長度的差值，求出的U(k+1)表示繩索長度調(diào)整量，當YT(k+1)表示當前繩索理論張力和實際繩索張力的差值時，求出的U(k+1)表示繩索張力調(diào)整量。
上述巨系并聯(lián)機器人繩索長度調(diào)整方法，其中步驟(5)所述的通過繩索力傳感器測量出繩索張力的方法，是將繩索力傳感器固定在兩個設定的定向輪之間，每個定向輪上開設有繩索槽，將繩索嵌在槽內(nèi)，以保證繩索在兩個定向輪之間的形狀不變，并在力傳感器的屏蔽傳輸線上增設RC慮波器，并通過該屏蔽傳輸線將張力傳感器測量的模擬信號送入計算機內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡，采用差分方式進行A/D轉(zhuǎn)換，測量出繩索張力的數(shù)值。
發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明由于設計了安裝力傳感器的結(jié)構(gòu)，使得索力的測量精度小于0.3％，滿足LT工程力控制的需要。
(2)本發(fā)明由于對力傳感器采用了電磁屏蔽的措施，消除了因傳感器信號線和饋源艙內(nèi)儀器工作的動力線距離非常近所造成的信號干擾，解決了LT工程的實際問題。
(3)本發(fā)明由于采用了理論規(guī)劃繩索長度的方法，解決了LT工程中大跨度索系并聯(lián)機器人中的繩索不能近似為直線的計算問題，且該方法以繩索張力變化均勻為目標，可使饋源艙運行平穩(wěn)且節(jié)約能源。
(4)本發(fā)明由于采用了基于張力傳感器的實際索長求解方法，與現(xiàn)有技術相比極大地減小了計算量和時間消耗，可滿足艙索系統(tǒng)控制時時性的要求。
(5)本發(fā)明由于采用了基于力/索長的混合控制算法，不僅避免了由繩索虛牽造成艙索系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對饋源艙定位精度的影響，而且實現(xiàn)了在計算機控制下，大跨度繩索牽引系統(tǒng)的空間高精度定位，模型實驗表明，在繩索跨度為30余米，饋源艙重700公斤，饋源艙2cm/s空間掃描速度下，通過對繩索長度的調(diào)整可使饋源艙的空間定位精度小于3厘米，解決了國家大科學計劃“新一代大射電望遠鏡”的技術難點。
以下結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明的目的、特征作進一步詳細描述。


圖1是本發(fā)明繩索調(diào)整方法的流程圖；圖2是本發(fā)明力傳感器安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明力傳感器的信號線濾波電路示意圖；圖4是本發(fā)明大射電望遠鏡艙索結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明繩索對饋源艙的受力分析圖；圖6是本發(fā)明繩索結(jié)構(gòu)的受力分析圖；圖7是本發(fā)明計算繩索調(diào)整量的過程示意圖；圖8是本發(fā)明力/繩索長度混合控制器控制過程示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明的繩索調(diào)整過程如下一.架設測量儀器，標定站點坐標和塔頂坐標測量儀器包括3臺激光全站儀和6臺力傳感器，3臺激光全站儀分別固定在3個支架上，經(jīng)過校準后，3個鏡頭分別對準饋源艙底面上安裝的3個棱鏡。該6臺張力傳感器分別固定在6根繩索的懸塔上，力傳感器的兩端分別設有安裝定向輪2，該兩個定向輪固定在懸塔上，每一個定向輪上開有一圈凹槽4，被測繩索3穿過力傳感器放置在該凹槽4內(nèi)，以保證繩索力傳感器所測的本段繩索形狀不變，如圖2所示。為了消除動力線和信號線之間的電磁干擾，本發(fā)明對力傳感器的傳輸線采用了如圖3所示的屏蔽措施，即將力傳感器上傳輸線采用屏蔽線，并在屏蔽線上連接有RC濾波電路，張力傳感器將測出的模擬信號通過屏蔽線送入計算機內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡，采用差分方式進行A/D轉(zhuǎn)換，得出繩索張力的測量數(shù)值。
激光全站儀通過測量實驗場內(nèi)至少3個已知固定點坐標，通過后方交匯的原理標定出激光全站儀站點的坐標。激光全站儀測量出在塔頂貼有的激光反射靶標處的坐標值，并通過反射靶標和塔頂坐標的固定關系，得出塔頂在整體坐標系下的坐標值。
二.規(guī)劃繩索的理論長度本發(fā)明繩索的理論長度規(guī)劃可參照圖4進行描述。圖4所示的大射電望遠鏡艙索結(jié)構(gòu)包括6根懸索塔、6條繩索和饋源艙，每根懸索塔的分別上端固定有力傳感器和定向輪組件，饋源艙與每根懸索塔之間分別連接有繩索。懸索塔與繩索的連接點分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6，繩索與饋源艙的連接點分別為B1、B2、B3、B4、B5、B6，饋源艙底面中心為O1，饋源艙頂點為O2，Ox，Oy，Oz為整體坐標系三個坐標軸，O1x1，O1y1，O1z1為饋源艙局部坐標系三個坐標軸。α是饋源艙局部坐標系與整體坐標系的方位角，γ表示饋源艙局部坐標系與整體坐標系的俯仰角。
(一)確定離散點坐標和饋源艙理論的姿態(tài)角當被跟蹤的星體確定后，通過如下公式確定饋源艙做掃描運動中心點在整體坐標系下的理論坐標值， 式中，是地理緯度；δ是赤緯角；H是時角；ρ是反射面的曲率半徑；R是反射面所在球體的半徑。
根據(jù)跟蹤的星體，利用地球自轉(zhuǎn)方程，通過如下公式求出饋源艙局部坐標系與整體坐標系下的理想姿態(tài)角；α=arctgy*-yO1dx*-xO1d]]>γ=arccosz*-zo1drd]]>式中，x*，y*，z*是被跟蹤星體坐標值，rd為饋源艙和被跟蹤星體之間的距離。
(二)確定饋源艙與繩索連接點的理論坐標將饋源艙局部坐標系與整體坐標系下的理想姿態(tài)角，通過剛體坐標轉(zhuǎn)換公式，得到饋源艙和繩索連接點在整體坐標系的坐標值，即
xi=xO1d+xisinα+yicosαcosγ+zicosαsinγyi=yO1d-xisinα+yisinαcosγ+zisinαsinγzi=zO1d-yisinγ+zicosγ]]>式中，(xi，yi，zi)表示饋源艙和繩索第i個連接點在整體坐標，(xi，yi，zi)表示饋源艙和繩索第i個連接點在饋源艙局部坐標下的坐標。
(三)確定繩索的理論的長度1.根據(jù)饋源艙和繩索連接點在整體坐標系的坐標值與塔頂?shù)淖鴺耍瑢⒗K索對饋源艙體的作用力分解為，F(xiàn)i＝[HicosβiHisinβiVi]T，如圖5所示。
其中，Hi和Vi分別為繩索張力Fi的水平和鉛垂分量；βi表示第i根繩索Hi與坐標系y軸的夾角；2.根據(jù)給定饋源艙體相對饋源艙體局部坐標系O1z1軸的轉(zhuǎn)角θ，建立饋源艙的六個空間力系平衡方程組Σi=16Hicosβi=0Σi=16Hisinβi=0Σi=16Vi-W=0Σi=16(yiVi-ziHisinβi)-W·yd=0Σi=16(ziHicosβi-xiVi)+W·xd=0Σi=16(xiHisinβi-yiHicosβi)=0]]>式中，W是饋源艙重力，xd，yd是饋源艙重心坐標，Hi，Vi為待求變量；3.建立單根繩索的靜力平衡方程，參照圖6，Axz是繩索的局部坐標系，Ax是繩索坐標系的x軸，Ay是繩索坐標系的y軸，q(x)是繩索單位長度的重量，h是繩索上端點與下端點的高度差，l是繩索在Ax軸的投影。由圖6的受力分析，得到第i根繩索力矩靜平衡方程為Hihi-Vili-∫0l1qxi1+z.i2dxi=0(i=1,···,6)]]>式中，hi(i＝1，…，6)是繩索上端點與下端點的高度差，li(i＝1，…，6)是繩索在總體坐標系下水平面上的投影；q是繩索單位長度的重量；z(x)=-kch(xk+c2)+c1]]>是繩索懸的鏈線方程，zi是第i根繩索的懸鏈線方程，k=Hq,]]>H為懸索在x處的水平張力，c1、c2為兩個待定系數(shù)c1-kch(c2)=0c1=kch(lk+c2)+h;]]>4.將饋源艙的六個空間力系平衡方程與單根繩索的靜力平衡方程進行運算，得出第i根繩索的Hi，將Hi帶入第i根繩索的懸鏈線方程zi得到zi方程的非線形表達式，對zi求積分，得到理論繩索的長度，即Lid=∫0l11+z.i2(x)dx.]]>三.確定繩索實際索長(一)確定棱鏡平面中心的直角坐標值由激光全站儀測出均勻分布在饋源艙底圓上三個棱鏡b1，b2，b3在整體坐標系下的坐標值，算出三個棱鏡組成平面中心的直角坐標值box=(b1x+b2x+b3x)/3boy=(b1y+b2y+b3y)/3boz=(b1z+b2z+b3z)/3]]>式中，(bix，biy，biz)表示第i(i＝1…3)個棱鏡在整體坐標系的坐標值。
(二)給出饋源艙在整體坐標系下的矢量表達式由激光全站儀測量三個棱鏡的坐標，得到三個棱鏡組成三角形邊長 和 在整體坐標下的矢量，即b1b2‾=b1x-b2xb1y-b2yb1z-b2z]]>b2b3‾=b2x-b3xb2y-b3yb2z-b3z]]>由 和 在整體坐標下的矢量，得到饋源艙局部坐標O1z1軸在整體坐標系下的矢量表達式為m1=b1b2‾×b2b3‾|b1b2‾×b2b3‾|.]]>(三)算出饋源艙底面中心ro1和饋源艙頂端點ro2在整體坐標系下的坐標由三個棱鏡組成平面中心的直角坐標值和饋源艙局部坐標O1z1軸在整體坐標系下的矢量k1，根據(jù)饋源艙局部坐標系和整體坐標系的關系，得到饋源艙底面中心ro1和饋源艙頂端點ro2在整體坐標系下的坐標為ro1＝[ro1x，ro1y，ro1z]T＝R1m1+[box，boy，boz]Tro2＝[ro2x，ro2y，ro2z]T＝R2m1+[box，boy，boz]TR1為饋源艙底面中心與三個棱鏡組成平面中心的距離；R2為饋源艙頂端點與棱鏡組成三角形中心的距離；(ro1x，ro1y，ro1z)和(ro2x，ro2y，ro2z)分別是饋源艙底面中心ro1和饋源艙頂端點ro2在整體坐標系下的三個坐標分量。
(四)確定饋源艙實際姿態(tài)角用所述(ro1x，ro1y，ro1z)和(ro2x，ro2y，ro2z)分別代替所述饋源艙理想姿態(tài)公式中的(xo1d，yo1d，zo1d)和(x*，y*，z*)，即可以得到饋源艙的實際姿態(tài)角為α′=arctgro2y-ro1yro2x-xo1x]]>γ′=arccosro2y-ro1yR2-R1]]>
式中，α′表示饋源艙實際方位角，γ′表示饋源艙實際俯仰角。
(五)確定饋源艙和繩索第i個連接點在整體坐標系下的實際位置坐標值利用際饋源艙姿態(tài)角，并通過剛體坐標轉(zhuǎn)換公式，得到饋源艙和繩索第i個連接點在整體坐標系下的實際位置坐標值為xi′=box+xisinα′+yicosα′cosγ′+zicosα′sinγ′yi′=boy-xisinα′+yisinα′cosγ′+zisinα′sinγ′zi′==boz-yisinγ′+zicosγ′]]>(六)確定繩索的實際長度L通過上述步驟，繩索兩端實際坐標均為以知值。設繩索在自重作用下保持平衡，其彈性模量為E，橫截面積為A，受力后的長度為L，繩索的初始長度為Lu。繩索投影與索端張力之間的關系為，l=-Fx[LuEA+1q0lnF2z+T2cT1c-Fz]]]>h=12EAq0(T2c2-T1c2)+T2c-T1cq0]]>其中，F(xiàn)1c={Fx,Fz}T,F2c={F2x,F2z}T,T1c=||F1c||=Fx2+Fz2]]>為繩索對饋源艙的作用力，T2c=||F2c||=F2x2+F2z2]]>為繩索在塔端的作用力，T2c值由繩索張力傳感器測量獲得。并且Fx＝-F2x，F(xiàn)z+F2z＝q0Lu，q0是繩索的線密度，F(xiàn)x是繩索張力在水平方向的分量，h是繩索兩端的高度差，聯(lián)立求解上面兩個非線性方程，求得Fx的數(shù)值。
由如下公式求解出繩索的實際長度為L2=l2η2sinh2η+h2]]>其中，η=-q0l2Fx,]]>l是其在水平平面上投影的長度。
四.確定繩索需要的調(diào)整量參照圖7，本發(fā)明確定繩索需要的調(diào)整量過程如下
(一)確定繩索輸入和輸出的關系矩陣將繩索理論長度和實際長度進行比較，得出兩者之間的差值，再將該差值代入如下公式，得到繩索輸入和輸出的關系矩陣θ^(k+1)=θ^(k)+k1U(k)r1+U(k)TU(k)(YT(k+1)-(θ^(k)U(k))T)]]>式中， 和 分別表示上一時刻和當前時刻輸入和輸出的關系矩陣，k1表示權(quán)重因子，r1表示遺忘因子，YT(k+1)表示當前繩索理論長度和實際長度或力的差值，U(k)為上一個時刻輸出的繩索調(diào)整量或力，k為調(diào)整次數(shù)；(二)判斷繩索輸入和輸出的關系矩陣準確性根據(jù)饋源艙理想位置(xO1，yO1，zO1)和饋源艙實際位置(ro1x，ro1y，ro1z)的位置差值，對繩索輸入和輸出的關系矩陣準確性進行判斷，如果該位置差值小于設定的值，則按如下公式直接計算出繩索的長度調(diào)整量或張力調(diào)整量，U(k+1)=U(k)+k2θ^(k+1)r2+||θ^(k+1)||2(Y(k+1)-Y(k)),]]>如果該位置差值大于設定的值，按照如下公式重新確定所述的關系矩陣，即θ^(n)=θ^(n-1)+S(n)[Y(n+1)-U(n)Tθ^(n-1)]]]>其中，S(n)=P(n-1)U(n)c+U(n)TP(n-1)U(n)]]>P(n)=1c[P(n-1)-S(n)U(n)TP(n-1)]]]>式中，S(n)為卡爾曼增益矢量，P(n)為理想輸出索長和實際輸入索長誤差的協(xié)方差矩陣，n為迭代的次數(shù)，c為更新因子；(三)確定最終的繩索調(diào)整量用重新確定的矩陣 替代繩索輸入和輸出的關系矩陣 即θ^(k+1)=θ^(n),]]>再通過公式；U(k+1)=U(k)+k2θ^(k+1)r2+||θ^(k+1)||2(Y(k+1)-Y(k))]]>計算出繩索的調(diào)整量。
繩索的調(diào)整量可以是繩索的長度，也可以是繩索的張力，如圖8所示。
圖8中SiT，SiR分別表示理論索長和實際索長，TiT，TiR分別表示繩索的理論張力和實際測量的張力。饋源艙的空間運動是通過六根大跨度繩索的牽引完成的，如果繩索的張力過小時，將引起虛牽，具體表現(xiàn)為該繩索不參與饋源艙位置和姿態(tài)的調(diào)整，導致艙索結(jié)構(gòu)的剛度降低，抗干擾能力減弱，造成艙索系統(tǒng)的不穩(wěn)定。此外，當繩索張力較大時，繩索張力變化很大而繩索長度變化卻非常小，這說明在該位置艙索系統(tǒng)的調(diào)整對繩索張力非常敏感，而對繩索長度并不敏感。針對上述特點，設計了繩索的張力/長度混合控制的方案如果繩索的實際測量張力TiR在給定的繩索理論張力TiT范圍內(nèi)，將繩索的理論長度與繩索實際長度之差ΔSi=SiT-SiR]]>送入繩索力/位置混合控制算法，計算出每一根繩索需要調(diào)整的繩索長度，輸送給饋源艙的電機執(zhí)行機構(gòu)拉動饋源艙運動，完成饋源艙第一次掃描運動調(diào)整。
如果繩索的實際張力TiR在給定的繩索理論張力TiT范圍內(nèi)外，將繩索的理論張力與繩索實際張力之差ΔTi=TiT-TiR]]>送入繩索力/位置混合控制算法，計算出每一根繩索需要調(diào)整的繩索張力，輸送給饋源艙的電機執(zhí)行機構(gòu)拉動饋源艙運動，完成饋源艙第一次掃描運動調(diào)整。
饋源艙在調(diào)整后的繩索牽引下，得到新的位置和姿態(tài)，再通過激光全站儀對饋源艙底面上的棱鏡進行跟蹤測量，進而求得饋源艙和繩索連接點在整體坐標系下新的坐標值，結(jié)合繩索張力傳感器測量新的繩索張力，得到新位置下繩索的實際長度，并通過對繩索實際張力值大小進行安全判斷，如果測量出繩索的張力值大于等于理論計算的繩索所能承受的最大張力值，斷電保護，如果測量出繩索的張力值小于理論計算的繩索所能承受的最大張力，則將對應位置理論繩索的長度和張力進行比較，根據(jù)繩索力/位置混合控制方案，確定繩索調(diào)整的方式，并通過混合控制方法，計算出下一步繩索的調(diào)整量，反復運行上述步驟，完成饋源艙空間的最終掃描運動。
實驗結(jié)果將本發(fā)明應用于LT50米室外模型，該模型硬件組成如下實驗塔均勻分布在直徑為50m的圓周上，執(zhí)行機構(gòu)由六套絞盤組成，每一套包括松下交流伺服電機及其驅(qū)動器，卷筒，鋼絲繩，減速箱，饋源艙的位姿通過三臺激光全站儀，分別自動跟蹤測量安裝在饋源艙底面上了三個360度棱鏡，儀器的測量精度是1mm+2ppm，采樣頻率約200毫秒，滿足控制周期800毫秒的要求。饋源艙重720kg，繩索直徑為15mm，線密度為8.027N/m，假設跟蹤星體位于(0，0，50)m處。從饋源艙實驗曲線可見饋源艙直線運行的長度在4米以上，其跟蹤誤差在1cm以內(nèi)；饋源艙水平圓弧長度在8米以上，其跟蹤誤差在2cm以內(nèi)；饋源艙觀測曲線的運行長度在8米以上，其跟蹤誤差在3cm以內(nèi)。本發(fā)明適用于饋源艙的不同運行軌跡，特別適用于巨型索系并聯(lián)機器人繩索的調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種基于索長/索力的巨型索系并聯(lián)機器人繩索調(diào)整方法，包括如下步驟(1)架設測量儀器，標定站點坐標和塔頂坐標；(2)輸入饋源艙被跟蹤星體的赤緯角，確定饋源艙運動軌跡上的離散點坐標，即 式中，是地理緯度；δ是赤緯角；H是時角；ρ是反射面的曲率半徑；(3)由所述的離散坐標得出饋源艙的理論姿態(tài)，利用懸鏈線方程解出每個離散點所在位置的繩索理論值；(4)啟動激光全站儀測量機，自動跟蹤饋源艙上的棱鏡獲得棱鏡在饋源艙上的整體坐標系，并將該坐標系的坐標值傳輸給測量計算機，通過剛體坐標轉(zhuǎn)化，得到繩索與饋源艙連接點的整體坐標值；(5)通過繩索力傳感器測量出繩索張力，并將該繩索張力的實測數(shù)據(jù)與饋源艙連接點的坐標值通過數(shù)據(jù)線傳輸給主控計算機，利用懸鏈線方程計算出繩索當前的實際長度，用該繩索實際長度與理論繩索長度進行比較，得出繩索理論長度和實際長度的差值；(6)將繩索理論長度和實際長度的差值通過張力與位置的混合控制算法，計算出繩索需要的調(diào)整量，即U(k+1)=U(k)+k2θ^(k+1)r2+||θ^(k+1)||2(Y(k+1)-Y(k))]]>k2是跟蹤修正因子，r2是穩(wěn)定修正因子；θ是輸入和輸出關系矩陣，Y(n)表示系統(tǒng)實際輸出，U為輸入，k表示調(diào)整次數(shù)；Y(k+1)表示理想的輸出；(7)將計算出的繩索調(diào)整量，送入電機執(zhí)行機構(gòu)進行繩索的收放，牽引饋源艙運動；(8)反復運行步驟(5)-(7)，對繩索進行精確調(diào)整，最終完成饋源艙的空間掃描運動。
2.根據(jù)權(quán)利求1所述的方法，其中步驟(3)所述的計算每個離散點繩索理論的長度，按如下步驟進行1)根據(jù)跟蹤的星體，利用地球自轉(zhuǎn)方程，通過如下公式求出局部坐標系與整體坐標系下的理想姿態(tài)角；α=arctgy*-yo1dx*-xo1d]]>γ=arccosz*-zo1drd]]>式中，xo1d、yo1d、zo1d是饋源艙中心點理論坐標值，x*，y*，z*是被跟蹤星體坐標值，rd為饋源艙和被跟蹤星體之間的距離，α表示饋源艙理論方位角，γ表示饋源艙理論俯仰角；2)根據(jù)整體坐標系下的坐標值和星體的坐標值，由歐拉公式求出饋源艙局部坐標系與整體坐標系下的姿態(tài)角，并通過剛體坐標轉(zhuǎn)換公式，得到饋源艙和繩索連接點在整體坐標系的坐標值，即xi=xO1d+xisinα+yicosαcosγ+zicosαsinγyi=yO1d-xisinα+yisinαcosγ+zisinαsinγzi=zO1d-yisinγ+zicosγ]]>式中，(xi，yi，zi)表示饋源艙和繩索第i個連接點在整體坐標系下的坐標，(xi，yi，zi)表示饋源艙局部坐標下的數(shù)值，(xO1d，yO1d，zO1d)表示饋源艙中心點在整體坐標系的理論坐標值；3)根據(jù)饋源艙和繩索連接點在整體坐標系的坐標值與塔頂?shù)淖鴺耍瑢⒗K索對饋源艙體的作用力分解為，F(xiàn)i＝[HicosβiHisinβiVi]T，式中，Hi和Vi分別為繩索張力Fi的水平和鉛垂分量，βi表示第i根繩索水平張力和整體坐標的夾角；4)根據(jù)給定饋源艙體相對饋源艙體局部坐標系O1z1軸的轉(zhuǎn)角θ，建立饋源艙的六個空間力系平衡方程組Σi=16Hicosβi=0Σi=16Hisinβi=0Σi=16Vi-W=0Σi=16(yiVi-ziHisinβi)-W·yd=0Σi=16(ziHicosβi-xiVi)+W·xd=0Σi=16(xiHisinβi-yiHicosβi)=0]]>式中，W是饋源艙重力，(xd，yd)是饋源艙重心坐標，(xi，yi，zi)是繩索與饋源艙連接點的全局坐標；5)建立單根繩索的靜力平衡方程，Hihi-Vili-∫0liqxi1+z·i2dxi=0,(i=1,···,6)]]>式中，hi(i＝1，…，6)是繩索上端點與下端點的高度差，li(i＝1，…，6)是繩索在總體坐標系下水平面上的投影，q是繩索單位長度的重量，z(x)=-kch(xk+c2)+c1]]>是繩索懸鏈線的方程，k=Hq,]]>H為懸索在x處的水平張力，c1、c2為兩個待定系數(shù)c1-kch(c2)=0c1=kch(lk+c2)+h;]]>6)將饋源艙的六個空間力系平衡方程與單根繩索的靜力平衡方程進行運算，得出第i根繩索的Hi，將Hi帶入第i根繩索的懸鏈線方程zi，對zi求積分，得到理論繩索的長度，即Lid=∫0li1+z·i2(x)dx.]]>
3.根據(jù)權(quán)利求1所述的方法，其中步驟(5)所述的計算出繩索當前的實際長度，包括如下步驟1)由均勻分布在饋源艙底圓上三個棱鏡b1，b2，b3，算出三個棱鏡組成平面中心的直角坐標值box=(b1x+b2x+b3x)/3boy=(b1y+b2y+b3y)/3boz=(b1z+b2z+b3z)/3]]>式中，(bix，biy，biz)表示第i(i＝1…3)個棱鏡在整體坐標系的坐標值，2)由三個棱鏡的直角坐標值算出饋源艙局部坐標O1z1軸在整體坐標系下的矢量表達式，m1=b1b2‾×b2b3‾|b1b2‾×b2b3‾|;]]>3)由所述的矢量m1，得到饋源艙底面中心ro1和饋源艙頂端點ro2在整體坐標系下的坐標為ro1＝[ro1x，ro1y，ro1z]T＝R1m1+[box，boy，boz]Tro2＝[ro2x，ro2y，ro2z]T＝R2m1+[box，boy，boz]T式中，R1為饋源艙底面中心與三個棱鏡組成平面中心的距離，R2為饋源艙頂端點與棱鏡組成三角形中心的距離，(ro1x，ro1y，ro1z)是饋源艙底面中心ro1在整體坐標系下的三個坐標分量，(ro2x，ro2y，ro2z)是饋源艙頂端點ro2在整體坐標系下的三個坐標分量；4)用(ro1x，ro1y，ro1z)和(ro2x，ro2y，ro2z)分別代替所述饋源艙理想姿態(tài)公式中的(xo1d，yo1d，zo1d)和(x*，y*，z*)，即可以得到饋源艙的實際方位角α′和饋源艙實際俯仰角γ′為α′=arctgro2y-ro1yro2x-ro1x]]>γ′=arccosro2y-ro1yR2-R1;]]>5)利用饋源艙的實際姿態(tài)角，即方位角α′和俯仰角γ′，進行剛體坐標轉(zhuǎn)換，得到饋源艙和繩索第i個連接點在整體坐標系下的實際位置坐標信，即xi′=box+xisinα′+yicosα′cosγ′+zicosα′sinγ′yi′=boy-xisinα′+yisinα′cosγ′+zisinα′sinγ′zi′==boz-yisinγ′+zicosγ′]]>6)根據(jù)繩索張力傳感器測量的繩索張力，通過如下公式求出繩索的實際長度L，L2=l2η2sinh2η+h2]]>其中，h是繩索兩端的高度差，η=-q0l2Fx,]]>l是其在水平平面上投影的長度，q0是繩索的線密度，F(xiàn)x是繩索張力在水平方向的分量。
4.根據(jù)權(quán)利求1所述的方法，其中步驟(6)所述的將繩索的差值通過力與位置的混合控制算法，計算出繩索需要的調(diào)整量，包括如下步驟1)將繩索理論長度和實際長度的差值或繩索理論張力和實際張力的差值，代入如下公式，得到繩索輸入和輸出的關系矩陣θ^(k+1)=θ^(k)+k1U(k)r1+U(k)TU(k)(YT(k+1)-(θ^(k)U(k))T)]]>式中， 和 分別表示上一時刻和當前時刻輸入和輸出的關系矩陣，k1表示權(quán)重因子，r1表示遺忘因子，YT(k+1)表示當前繩索理論長度和實際長度或張力的差值，U(k)為上一個時刻輸出的繩索調(diào)整量或力，k為調(diào)整次數(shù)；2)根據(jù)饋源艙理想位置(xO1，yO1，zO1)和饋源艙實際位置(ro1x，ro1y，ro1z)的位置差值，對繩索輸入和輸出的關系矩陣準確性進行判斷，如果該位置差值小于設定的值，則按如下公式直接計算出繩索的長度調(diào)整量或張力調(diào)整量，U(k+1)=U(k)+k2θ^(k+1)r2+||θ^(k+1)||2(Y(k+1)-Y(k)),]]>如果該位置差值大于設定的值，按照如下公式重新確定所述關系矩陣，即θ^(n)=θ^(n-1)+S(n)[Y(n+1)-U(n)Tθ^(n-1)]]]>其中，S(n)=P(n-1)U(n)c+U(n)TP(n-1)U(n),]]>P(n)=1c[P(n-1)-S(n)U(n)TP(n-1)]]]>S(n)為卡爾曼增益矢量，P(n)為理想輸出索長和實際輸入索長誤差的協(xié)方差矩陣，n為迭代的次數(shù)，c為更新因子；3)用重新確定的矩陣 替代繩索輸入和輸出的關系矩陣 即θ^(k+1)=θ^(n),]]>再通過公式U(k+1)=U(k)+k2θ^(k+1)r2+||θ^(k+1)||2(Y(k+1)-Y(k))]]>計算出繩索長度的調(diào)整量或繩索張力的調(diào)整量，當YT(k+1)表示當前繩索理論長度和實際長度的差值，求出的U(k+1)表示繩索長度調(diào)整量，當YT(k+1)表示當前繩索理論張力和實際繩索張力的差值時，求出的U(k+1)表示繩索張力調(diào)整量。
5.根據(jù)權(quán)利求1所述的方法，其中(5)所述的通過繩索力傳感器測量出繩索張力的方法，是將繩索力傳感器固定在兩個設定的定向輪之間，每個定向輪上開設有繩索槽，將繩索嵌在槽內(nèi)，以保證繩索在兩個定向輪之間的形狀不變，并在力傳感器的屏蔽傳輸線上增設RC，通過該屏蔽傳輸線將張力傳感器測量的模擬信號送入計算機內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡，采用差分方式進行A/D轉(zhuǎn)換，測量出繩索張力的數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于索長/索力的巨型索系并聯(lián)機器人繩索調(diào)整方法，主要解決大跨度索系并聯(lián)機器人的精確定位問題。該方法首先通過測量儀器，標定站點坐標和塔頂坐標，進而確定出饋源艙的理論姿態(tài)角，并將繩索空間形狀視為懸鏈線，解出每個離散點所在位置的繩索理論長度；然后通過繩索張力傳感器測量出繩索張力，并計算出繩索當前的實際長度，用該繩索的實際值與理論值進行比較，得到繩索需要的調(diào)整量；最后將該調(diào)整量送入電機執(zhí)行機構(gòu)進行繩索的收放，牽引饋源艙運動。本發(fā)明饋源艙在2cm/s空間掃描速度下，通過對繩索長度的調(diào)整可使饋源艙的空間定位精度小于3厘米，適用于饋源艙的不同運行軌跡，特別適用于巨型索系并聯(lián)機器人繩索的調(diào)整。
文檔編號H01Q1/12GK101060196SQ20071001796
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者段寶巖, 仇原鷹, 保宏, 陳光達, 杜敬利, 米建偉, 王從思 申請人:西安電子科技大學