[发明专利]一种绳索牵引并联机器人重构规划方法

说明书

本发明公开一种绳索牵引并联机器人重构规划方法，包括：步骤1，设定绳索牵引并联机器人的坐标系和参数，分别建立动平台和单个绳索引出装置的动力学方程；步骤2，根据参数，建立与力可行工作空间对应的数学模型；步骤3，规划动平台轨迹并离散为动平台路径点集合，结合力可行工作空间对应的数学模型确定当前构型的力可行工作空间与动平台路径的关系；步骤4，判断是否有最优构型；步骤5，设置连续重构中使移动的绳索引出点数目最少的目标函数，求解出在连续重构中的绳索引出点位置序列，即完成对绳索牵引并联机器人的重构规划。该方法通过调整到最优构型和实行连续重构的方式进行规划重构，且移动的绳索引出点数目最少，节省能量。

技术领域

本发明涉及绳索牵引并联机器人领域，尤其涉及一种绳索牵引并联机器人重构规划方法。

背景技术

绳索牵引并联机器人具有大工作空间、高载荷重量比、易于组装和布局等优势，但其固定的构型约束了机器人的性能，难以适应不同任务的需求。因此，研究人员设计出可重构的绳索牵引并联机器人，其通过改变绳索与固定框架连接点（称为绳索引出点）的位置增加任务适应性。目前，往往是通过优化得到目标构型后，在执行任务前通过人工操作实现重构，这种重新离线组装的方式阻碍了任务的执行和生产效率的提高。

中国发明专利申请202010192426.7和CN202010191743.7虽然公开了可变结构的绳索牵引并联机器人的运动学优化求解方法，但无法解决机器人重构规划问题。中国发明专利申请201910523043.0公开了基于强化学习算法的异构模块化机器人自重构规划方法，但绳索牵引并联机器人采用绳索驱动，而绳索拉力具有单向性，适合模块化机器人的重构规划无法应用到绳索牵引并联机器人中。此外，在连续重构过程中需要不断调整所有绳索引出点的位置，不仅增加了能量消耗，也增加了与障碍物碰撞的风险，因此，在满足任务要求的情况下，如何在连续重构过程中使需要移动的绳索引出点的数目最少也是一个需要关注的问题，但目前缺乏这种有效的绳索牵引并联机器人重构规划方法。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种绳索牵引并联机器人重构规划方法，能规划绳索引出点的位置实现绳索牵引并联机器人重构，并在连续重构过程中使需要移动的绳索引出点的数目最少，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种绳索牵引并联机器人重构规划方法，包括：

步骤1，设定待重构规划的绳索牵引并联机器人的坐标系和参数，根据设定的坐标系和参数分别建立绳索牵引并联机器人的动平台的动力学方程和单个绳索引出装置的动力学方程；

步骤2，根据所述绳索牵引并联机器人的参数，建立与该绳索牵引并联机器人的力可行工作空间对应的数学模型；

步骤3，规划动平台轨迹并离散为动平台路径点集合，结合力可行工作空间对应的数学模型确定所述绳索牵引并联机器人的当前构型的力可行工作空间与动平台路径的关系，根据力可行工作空间对应的所述数学模型判断当前构型的力可行工作空间是否完全包含动平台路径，若是，则确定不需要调整构型，结束规划；若否，则确定触发重构，执行步骤4；

步骤4，判断所述绳索牵引并联机器人是否有最优构型，若是，则规划结束；若否，则执行步骤5；

步骤5，设置连续重构中使移动的绳索引出点数目最少的目标函数，求解出所述绳索牵引并联机器人在连续重构中的绳索引出点位置序列，即完成对所述绳索牵引并联机器人的重构规划。

与现有技术相比，本发明所提供的绳索牵引并联机器人重构规划方法，其有益效果包括：