摘要
绳索驱动并联机器人是一种由绳索代替传统刚性连杆作为传动机构的新型并联机器人，绳索驱动并联机器人具有工作空间大、载荷比高、质量轻、成本低、重构性好、结构简单等优点。目前，绳索驱动并联机器人在诸如康复医疗、物料搬运、天文观测等领域都有着良好的应用。本文以辅助肩关节运动为背景，针对允许绳棱-碰撞的绳索驱动并联机器人开展优化设计和控制研究。 本文首先对无碰撞情况下绳索驱动并联机器人的运动学和静力学进行分析，然后针对绳索和棱碰撞的情况，分析了碰撞的条件并建立了存在绳索与棱柱障碍物碰撞情况下绳索和棱的几何模型，再以此为基础对允许绳索与棱柱障碍物碰撞的绳索驱动并联机器人的运动学和静力学进行分析。随后，本文对绳索驱动并联机器人辅助肩关节运动的需求进行分析，确定了一种两绳索两可控自由度的绳索驱动并联机器人的基本结构，并对机器人的结构进行了优化设计，以锚点位置作为设计变量，以工作空间作为约束条件，将减小不可控自由度的运动范围和增大对外部转矩的承受能力作为优化目标，对机器人的结构进行了多目标的优化和分析。然后以优化后的结构为基础，分别对机器人的肩关节模型、电机线盘、末端执行机构、固定基座等模块进行了设计和实现，实现了机器人的实物样机开发。之后，基于允许绳索与棱柱障碍物碰撞的绳索驱动并联机器人的位置运动学模型，设计了以滑模控制为基础的控制方案，并对该控制方案的稳定性进行了分析。 本文在ROS-Gazebo仿真环境中建立了机器人的仿真模型，利用阶跃响应实验和轨迹跟踪实验，对所设计的控制方案能实现的性能指标和有效性进行了仿真验证，并将仿真实验迁移到实物样机上，实现了轨迹跟踪实验的实物验证。
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