5、电缆驱动并联机器人电缆张力优化及肌肉力估计方法研究

电缆驱动并联机器人电缆张力优化及肌肉力估计方法研究

在当今科技领域，机器人和各类操纵器的应用愈发广泛。电缆驱动并联机器人（CDPR）作为一种特殊的并联机器人，因其具有大工作空间、高动态性能、重要的有效载荷能力以及易于重新配置等优点，受到了研究人员和工业界的广泛关注。同时，在生物医学等领域，准确估计肌肉力对于康复、人机协作等应用至关重要。下面将详细介绍电缆驱动并联机器人电缆张力优化方法以及基于希尔流变模型的肌肉力估计方法。

电缆驱动并联机器人电缆张力优化

1. 引言

电缆驱动并联机器人由基座和移动平台通过一组电缆在多个点连接而成。与串联机器人相比，CDPR具有诸多优势，因此在许多应用中得到了研究和开发，例如著名的Skycam机器人。然而，由于电缆只能施加拉力而不能推动，电缆张力的优化是一个具有挑战性的问题。本文旨在研究平面并联电缆机器人的电缆张力分布，详细介绍了运动学和动力学模型，并开发了两种不同的方法来保持电缆处于张紧状态。

2. 运动学建模

• 机器人结构 ：一个CDPR由移动平台通过四个电缆经滑轮连接到电机轴组成。移动平台由点$B_i$（$i = 1, …, 4$）定义，基座由点$A_i$（$i = 1, …, 4$）定义。移动平台和基座的参考系分别为$R_P = (P, x, y)$和$R_b = (O, x_0, y_0)$。
• 电机角位置计算 ：移动平台的位移由电缆长度$L_i$（$i = 1, …, 4$）的变化确定。电机角位置$q_i$可表示为：
• $q_i = \frac{\Delta L