中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

本文首次提出了悬索机器人应用于巨型望远镜建造与维护的设计概念，并以机器人学的理论体系为架构，对这类机器人进行了深入的研究，主要内容包括：

⑴系统地介绍了并联机器人和悬索机器人的发展历史和研究现状，对本课题或其它相关课题的研究具有较高的参考价值；⑵利用刚体运动学原理推导了悬索机器人的雅可比矩阵，研究了位置、速度和加速度的正解和反解，采用数值迭代的方法解决了位置正解问题，得出了减少正解迭代次数以提高控制系统实时性的各项措施；⑶提出了工作空间的完整约束条件和基于运动旋量斜率的抗外力扰动鲁棒性的概念，分析了工作空间、鲁棒性以及灵巧度等性能指标与动、定平台的形状和动平台的姿态之间的关系，得出了悬索机器人的最佳实用构型；⑷提出了基于摆线运动规律的笛卡儿空间连续轨迹的规划方法，该方法利用摆线运动规律直接

确定每个过路径点的速度和加速度，因此计算简单，实时性好，规划的轨迹连续平滑，且起点和终点的速度和加速度均为0，适用于对运动平稳性要求较高的机器人系统；⑸建立了悬索机器人的动力学模型，通过分析和仿真发现，动平台的惯性项和重力项在悬索机器人动力学特性中占据主导地位，因此可以采用动平台的动力学模型来代替悬索机器人的动力学模型，从而简化了控制器的设计，有利于机器人的实时控制；⑹根据控制律分解原理设计了基于笛卡儿空间动力学模型的控制器，该控制器轨迹跟踪效果良好，能够有效地控制绳索的张紧力，使其变化均匀且不小于指定的最小值，保证了动平台运动和定位的稳定性、可靠性和准确性；⑺设计制作了实验样机，对机器人构型的可行性、动平台运动的协调性、逆运动学模型和轨迹规划方法的正确性进行了验证，为今后悬索机器人起重机的制造积累了有益的经验。