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本文引用信息
钱森, 李长奇, 周斌, 等. 柔索驱动机器人运动规划与控制方法研究综述[J]. 控制与决策, 2024, 39(9): 2817-2832.
2024年第9期封面文章推荐
柔索驱动机器人运动规划与控制方法研究综述
钱森，李长奇，周斌，訾斌
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研究背景
柔索驱动机器人是一种特殊的并联机器人，通过多根柔性索连接底座与末端执行器，并通过精确控制柔索的长度或柔索连接点的位置来驱动末端执行器进行预定的运动。与传统采用刚性连杆的驱动方式相比，柔索驱动机器人显著降低了整体结构的重量及运动部件的惯性，克服了铰链转角及伸缩长度的局限，在工作空间、负载自重比、适应性等方面展现出明显的优势。图 1展示了柔索驱动机器人的多个研究方向与应用领域。这些方向包括但不限于工作空间的扩展、高精度的轨迹跟踪以及动态响应的改进。
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研究框架
为了应对柔索驱动机器人在实际应用中的复杂性和挑战，研究者们提出了多种优化算法和控制策略，这些方法主要集中在运动规划、轨迹跟踪、索力分配和振动抑制等方面。本文从以下几个方面对柔索驱动机器人的控制方法进行了详细的分析与探讨：
运动规划：基于凸优化的算法和改进的B样条曲线方法，有效利用了柔索的动态特性，实现了平滑且精确的轨迹规划。通过引入多项式和三角函数，研究者们能够进一步扩展机器人的动态工作空间，同时确保其运动的稳定性。
轨迹跟踪：轨迹跟踪控制通过同步控制、自适应控制和滑模控制等先进算法，实现了柔索驱动机器人末端执行器沿给定轨迹的精确移动。这些控制方法依赖于对柔索动态特性的深刻理解，并通过优化设计，显著提高了机器人在复杂环境下的操作性能。
索力分配：索力分配策略是柔索驱动机器人实现稳定控制的关键。通过精确调整每根柔索的张力，确保了机器人在执行复杂任务时的稳定性和精度。近年来，研究者们提出了多种索力优化算法，包括鲁棒控制和自适应控制等，以提高机器人在不同工况下的适应能力。
振动抑制：振动抑制是确保柔索驱动机器人稳定运行的重要环节。主动抑振方法通过精确控制柔索张力来减少振动，而被动抑振则依赖于系统自身的阻尼特性。通过结合主动和被动方法，研究者们能够有效降低系统振动，提升运动精度。
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前沿展望
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结论
作者介绍
李长奇，合肥工业大学硕士生，从事柔索驱动机器人动力学与控制的研究。
周斌，合肥工业大学硕士生导师，从事机器人不确定性与可靠性的研究。
訾斌，合肥工业大学博士生导师，从事柔性驱动机器人理论、技术与装备以及智能制造系统控制与自动化等研究。
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