[发明专利]一种能避障的绳索牵引并联机器人连续重构规划方法

权利要求书

1.一种能避障的绳索牵引并联机器人连续重构规划方法，其特征在于，包括：

步骤1，根据所述绳索牵引并联机器人的绳索与导引滑轮的位置关系引入虚拟绳索引出点，构建该绳索牵引并联机器人的运动学模型，并依据该绳索牵引并联机器人的闭链结构，得到闭链约束方程；

所连续重构规划的绳索牵引并联机器人包括：固定框架、个绳索引出装置、个竖直丝杠、个电机、个卷筒、根绳索和一个动平台；其中，

每条绳索引出装置均由滑块和导引滑轮组成，所述导引滑轮连接设置在所述滑块上，能随所述滑块同步移动；

所述固定框架内环绕分布设置个竖直丝杠，每个竖直丝杠上设置一个绳索引出装置的滑块，各竖直丝杠一端均连接一台电机，能在电机驱动下转动并带动滑块上下移动；

每个竖直丝杠下方的所述固定框架内的地面上对应设置一个卷筒，每个卷筒上均绕设一条绳索，每个卷筒均连接一台电机，能在电机驱动下转动进行所连接绳索的收放；

各绳索的另一端依次绕过其上方的绳索引出装置的导引滑轮后与所述动平台连接，各绳索将所述动平台悬吊在所述固定框架内；

所述绳索牵引并联机器人的绳索引出点的位置和绳长能同时连续改变，实现连续重构；

所述绳索牵引并联机器人中，所述绳索由导引滑轮分为三段，分别为进入导引滑轮前的绳索、缠绕在导引滑轮上的绳索、离开导引滑轮后连接动平台的绳索；

所述步骤1中，按以下方式根据所述绳索牵引并联机器人的绳索与导引滑轮的位置关系引入虚拟绳索引出点，构建该绳索牵引并联机器人的运动学模型，并依据该绳索牵引并联机器人的闭链结构，得到闭链约束方程，包括：以所述绳索牵引并联机器人的固定框架的地面中心为该绳索牵引并联机器人的全局坐标系的原点；

将所述绳索牵引并联机器人的动平台位置向量用表示，、、分别为动平台在该绳索牵引并联机器人的全局坐标系的轴、轴和轴上的坐标；用表示虚拟绳索引出点，，为绳索引出点的个数，也为绳索的个数，所述虚拟绳索引出点为两条绳索延长线的交点，一条为进入导引滑轮前的绳索的延长线，另一条为离开导引滑轮后连接动平台的绳索的延长线，该虚拟绳索引出点的位置向量为，其中和为已知常数，为变量；用表示虚拟绳索引出点与动平台之间的虚拟绳长向量，该虚拟绳长向量的大小为：

（1）；

每条运动支链方程都能用四个参数和表示，其中，为虚拟绳索引出点在轴方向的坐标；为虚拟绳长向量的模；为虚拟绳长向量在轴平面的投影与轴正方向夹角；为虚拟绳长向量与轴负向的夹角，所述绳索牵引并联机器人共有条运动支链，则该绳索牵引并联机器人的动平台位置向量用其中一条支链方程表示为：

（2）；

用所述绳索牵引并联机器人中的一条支链方程减去剩余支链方程共得到个闭链约束方程，为：

（3）；

所述式（3）中，，为运动支链方程的个数，，和都为支链方程的序号，表示第条和第条不是同一条支链方程；

步骤2，根据所述步骤1得到的闭链约束方程产生的流形，采用切空间局部近似所述流形，得出用于建立流形切空间的正交基底，通过所述正交基底建立位于所述绳索牵引并联机器人关节空间中的流形切空间；

步骤3，在所述步骤2得出的流形切空间内，利用快速扩展随机树算法在初始重构路径点和目标重构路径点间进行无碰撞重构路径搜索，对搜索得到的扩展点形成的构型进行力可行检测和碰撞检测，找出一条力可行和无碰撞的重构路径；

步骤4，根据所述步骤3得出的重构路径，求解出实际绳索引出点位置和实际绳长，根据所述实际绳索引出点位置和实际绳长得出所述绳索牵引并联机器人的一系列无碰撞变化的构型，即完成该绳索牵引并联机器人的无碰撞连续重构规划。

2.根据权利要求1所述的能避障的绳索牵引并联机器人连续重构规划方法，其特征在于，所述步骤2中，所述绳索牵引并联机器人关节空间中的坐标用表示，，其中，，；

根据所述绳索牵引并联机器人的闭链约束方程，将所述绳索牵引并联机器人的关节空间降维为低维的流形；

采用切空间对所述流形进行微小邻域的局部近似，得出用于建立流形切空间的正交基底；

若是位于点切空间的正交基底，则满足以下关系：

（4）；

所述式（4）中，为约束的雅可比矩阵；为零矩阵；为单位矩阵；

所述正交基底为雅可比矩阵的零空间，通过分解计算该雅可比矩阵的零空间，即建立位于点的流形切空间。