基于Matlab与Labview的柔索并联机器人监控系统联合仿真
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第３卷 ４ 第７ 期 ２ １— （ ） 【 ７ ０２ ７ 上 ４】 图 １ 柔 索 并 联 机 器 人 结 构 示 意 图
所 搭 建 的 柔索 并 联 机 器 人 监 控 系统 的 网络 平 台 总体框 架 如 图 ２所 示 。
ｌ
ｌ 似 Ｉ 》
图 ２ 柔 索并 联 机 器 人 监 控 系统 总 体 框 架
当今 时 代 ，随 着 计 算 机 网 络 的 迅 速 发 展 及 信
息 技 术 的 日益 完善 ，工 业 机器 人 基 于 Ｉｔｒｅ 的远 ｎｅｎ ｔ
程 监 控 应 用 的 实 现 成 为 可 能 ｊ ，这 不 仅 突 破 了传
为 下 一步 的轨迹 规划 奠定 了基 础 。
统 监 控 方 式 的 时 空 限 制 和 地 域 障 碍 ，而 且 有 利 于
种 用 途 柔 索 并 联 机 器 人 样 机 ，因 而 ，柔 索 并 联 机 器 人 的研 究 在 加 工 制 造 业 、装 配 业 、 医 疗 卫 生 、 海 洋 探 测 和航 天 领域 等 方面 具 有一 定理 论 意义 和
实 际工 程 应 用价 值 Ｌ Ｊ 。柔 索并 联 机 器 人 是 一个 具 。 有 非 线性 、时 变特 性 以 及扰 动 特 点 的机 器人 系统 。 而 对 机 器 人 系统 应 用神 经 网络 控 制 、模 糊 控 制 和 鲁棒 控 制 等算法 进 行过研 究 ｐ 。 Ｊ
０ 引言
近 年 来 ，柔 索 并 联 机 器 人ຫໍສະໝຸດ Baidu应 用 日渐 增 多 ，如
各 国 研 究 人 员 纷 纷 开 展 这 方 面 的研 究 工 作 ，研 制 了 用 于 起 重 、 检 测 、加 工 、港 口货 物 吊 装 、海 底 打 捞 、超 大 口径 射 电望 远 镜 跟踪 射 电源 运 动 等 多
１ 柔索并联机器人监控 系统设计
柔 索 并 联 机 器 人 结 构 示 意 图 如 图 ｌ 示 。 在 所 图 １ 建 立 的 直 角坐 标 系 中 ，三 个 柔 索塔 以 等 边 所 三 角 形 排 布 。在 三 个 伺 服 电机 的协 同驱 动 下 ，三
根 柔 索 的 收 、放 长 度 不 断 改 变 调 整 ，从 而 共 同 驱 动 末 端 执行 器 所载 工 件 来实 现其 空 间位 置 的 运动 。 对 于给 定轨 迹 的工 件 ，任 意 时 刻其 位 置 坐 标 以及 各柔 索长 度均 可通过 正 、逆运 动 学分析 得知 ，故
文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ －０ ３ （０ ） ７ 上） ０ ７ ０ ９ １ ４ ２ １ ０ （ 一０４ － ４ ０ ２
关键词 ： 柔索并联机器人 ；模糊控制 ；联合仿真 中图分 类号 ：Ｔ ４ Ｐ２ ２
Ｄｏ ：１ ． ９ ￣ Ｊ ｉｓ １ ０ －０ ４ ２ １ ７ －） １ ｉ ３ ６ｌ ．ｓ ｎ． ９ １ ． ０ （Ｉ ． ５ ０ ／ ０ ３ ２．
数 据 的积 累和 更 广 范 围 的资 源共 享 ，可 以 实 施 多
样化 协 同服 务 。
基 于 以上 分 析 ，本 文 以柔 索并 联 机 器 人 为 对 象 ， 以 运 动 轨 迹 跟 踪 监 控 为 目标 ，根 据 模 糊 控 制 理 论 的 特 点 ，提 出一 种 针 对 外 界 干 扰 的 自适 应 模 糊 补 偿 控 制 方 案 ， 通 过 Ｍａ ａ ／ｉ ｌ ｋ与 ｔ ｂＳｍｕｉ ｌ ｎ Ｌ ｂ Ｅ 联 合 仿 真 构 建 了一 个 监 控 网络 平 台 。该 ａＶＩ ｗ
收稿 日期：２ １－ ２ ３ ０ ２ ０ —０ 基金项 目：国家 自然科学 基金 （０ ０ １９ ；流体动力与机 电系统 国家重点实验室开放基金 （ Ｚ Ｆ２ １１ ） ５９ ５７） Ｇ Ｋ 一０ １２ 作者简介 ：吴瑕 （９ ８ １ ８ 一） ，女 ，硕士研究生 ，研究方 向为工业机 器人测控技术 。
务ｌ
匐 化
基 于Ｍａ ａ 与Ｌ ｂ ｉ ｔ ｂ ａ ｖｅ 柔 索 并 联 机 器 人 ｌ ｗ的 监控系统联合仿真
Ｃｏ－ ｉ ｕｌ ｉ ｏｎｉｏｒｎｇ ｓ ｔ ｓｍ ａｔｏｎ ｏｆ ｍ ｔ ｉ ｙｓ ｅｍ ｏｒｃａｂｌ ａｒ ｌ ｆ ｅ ｐ ａｌ ｅｌ
ｍ ａｎｉ ｐｕｌ ｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍ ａｔ ａｂ ａｎ ａｔ ｌ ｄ ＬａｂＶ ｌ Ｗ Ｅ
吴
瑕 ，訾
斌 ，林
俊
Ｗ Ｕ ａ． ｎ．Ｌｌ Ｊ Ｘｉ ＺＩＢｉ Ｎ ｕｎ
（ 中国矿业大学 机 电工程学院 ，徐州 ２ １ １ ） ２ １６
摘
要 ： 针对柔 索并联机器人 的结构特 点 ，搭建 了该机器人 监控系统 的总 体框架 。考 虑到柔索并 联机 器人 系统具有非线性 强 、外界 干扰等特 性 ，提 出带有模糊补偿 的自适应控 制算 法 。进 一步 ， 通过Ｍａ ｌｂ ａ ＶＥ ｔ 与Ｌ ｂ ｌｗ混合编程 对柔 索并联机器人进行 了运 动轨迹跟踪的联合仿真 、监控界 ａ 面的设计 及网络发布 。联合仿 真结果表 明 ，柔索并 联机 器人监控 系统具有 良好的轨迹跟踪 性 能 ，且监控人机界面友好 ，仿真效果较为直观 明显 。
网络 平 台的 搭 建 不 仅 扩 展 了对 柔 索并 联 机 器 人 的
运 动 轨 迹 跟 踪 监 控 的 异 地远 程 范 围 ，提 高 了监 控 效 率 ，而 且 有 利 于 更 广 层 面 的 多 样 化 协 同服 务 ， 为 实现 网络 化的高 精度 测控 体 系奠定 了基 础 。
图 ３ 柔 索并 联 机 器 人 模 糊 控 制 系统 结 构 图
传 感 器 模 块 中 的 接近 传 感 器 是 为 了避 免 末端 执 行 器 与 其 它 部 位 相碰 撞 ，称 重 传 感 器 用 来 测 量 并 限 制 工 件 的 重 量 ， 光栅 位 移 传 感 器 用 于 检 测 工 件 当前 在 ｘ、Ｙ、ｚ三 个 方 向上 的实 际运 行位 置 ； 数 据 采 集器 对 传 感 器 信 号 进 行一 系列 调 理 后 传 送 至 本 地 控 制 器 ；本 地 控 制 器 负 责 发 布 监 控 指 令 ，
所 搭 建 的 柔索 并 联 机 器 人 监 控 系统 的 网络 平 台 总体框 架 如 图 ２所 示 。
ｌ
ｌ 似 Ｉ 》
图 ２ 柔 索并 联 机 器 人 监 控 系统 总 体 框 架
当今 时 代 ，随 着 计 算 机 网 络 的 迅 速 发 展 及 信
息 技 术 的 日益 完善 ，工 业 机器 人 基 于 Ｉｔｒｅ 的远 ｎｅｎ ｔ
程 监 控 应 用 的 实 现 成 为 可 能 ｊ ，这 不 仅 突 破 了传
为 下 一步 的轨迹 规划 奠定 了基 础 。
统 监 控 方 式 的 时 空 限 制 和 地 域 障 碍 ，而 且 有 利 于
种 用 途 柔 索 并 联 机 器 人 样 机 ，因 而 ，柔 索 并 联 机 器 人 的研 究 在 加 工 制 造 业 、装 配 业 、 医 疗 卫 生 、 海 洋 探 测 和航 天 领域 等 方面 具 有一 定理 论 意义 和
实 际工 程 应 用价 值 Ｌ Ｊ 。柔 索并 联 机 器 人 是 一个 具 。 有 非 线性 、时 变特 性 以 及扰 动 特 点 的机 器人 系统 。 而 对 机 器 人 系统 应 用神 经 网络 控 制 、模 糊 控 制 和 鲁棒 控 制 等算法 进 行过研 究 ｐ 。 Ｊ
０ 引言
近 年 来 ，柔 索 并 联 机 器 人ຫໍສະໝຸດ Baidu应 用 日渐 增 多 ，如
各 国 研 究 人 员 纷 纷 开 展 这 方 面 的研 究 工 作 ，研 制 了 用 于 起 重 、 检 测 、加 工 、港 口货 物 吊 装 、海 底 打 捞 、超 大 口径 射 电望 远 镜 跟踪 射 电源 运 动 等 多
１ 柔索并联机器人监控 系统设计
柔 索 并 联 机 器 人 结 构 示 意 图 如 图 ｌ 示 。 在 所 图 １ 建 立 的 直 角坐 标 系 中 ，三 个 柔 索塔 以 等 边 所 三 角 形 排 布 。在 三 个 伺 服 电机 的协 同驱 动 下 ，三
根 柔 索 的 收 、放 长 度 不 断 改 变 调 整 ，从 而 共 同 驱 动 末 端 执行 器 所载 工 件 来实 现其 空 间位 置 的 运动 。 对 于给 定轨 迹 的工 件 ，任 意 时 刻其 位 置 坐 标 以及 各柔 索长 度均 可通过 正 、逆运 动 学分析 得知 ，故
文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ －０ ３ （０ ） ７ 上） ０ ７ ０ ９ １ ４ ２ １ ０ （ 一０４ － ４ ０ ２
关键词 ： 柔索并联机器人 ；模糊控制 ；联合仿真 中图分 类号 ：Ｔ ４ Ｐ２ ２
Ｄｏ ：１ ． ９ ￣ Ｊ ｉｓ １ ０ －０ ４ ２ １ ７ －） １ ｉ ３ ６ｌ ．ｓ ｎ． ９ １ ． ０ （Ｉ ． ５ ０ ／ ０ ３ ２．
数 据 的积 累和 更 广 范 围 的资 源共 享 ，可 以 实 施 多
样化 协 同服 务 。
基 于 以上 分 析 ，本 文 以柔 索并 联 机 器 人 为 对 象 ， 以 运 动 轨 迹 跟 踪 监 控 为 目标 ，根 据 模 糊 控 制 理 论 的 特 点 ，提 出一 种 针 对 外 界 干 扰 的 自适 应 模 糊 补 偿 控 制 方 案 ， 通 过 Ｍａ ａ ／ｉ ｌ ｋ与 ｔ ｂＳｍｕｉ ｌ ｎ Ｌ ｂ Ｅ 联 合 仿 真 构 建 了一 个 监 控 网络 平 台 。该 ａＶＩ ｗ
收稿 日期：２ １－ ２ ３ ０ ２ ０ —０ 基金项 目：国家 自然科学 基金 （０ ０ １９ ；流体动力与机 电系统 国家重点实验室开放基金 （ Ｚ Ｆ２ １１ ） ５９ ５７） Ｇ Ｋ 一０ １２ 作者简介 ：吴瑕 （９ ８ １ ８ 一） ，女 ，硕士研究生 ，研究方 向为工业机 器人测控技术 。
务ｌ
匐 化
基 于Ｍａ ａ 与Ｌ ｂ ｉ ｔ ｂ ａ ｖｅ 柔 索 并 联 机 器 人 ｌ ｗ的 监控系统联合仿真
Ｃｏ－ ｉ ｕｌ ｉ ｏｎｉｏｒｎｇ ｓ ｔ ｓｍ ａｔｏｎ ｏｆ ｍ ｔ ｉ ｙｓ ｅｍ ｏｒｃａｂｌ ａｒ ｌ ｆ ｅ ｐ ａｌ ｅｌ
ｍ ａｎｉ ｐｕｌ ｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍ ａｔ ａｂ ａｎ ａｔ ｌ ｄ ＬａｂＶ ｌ Ｗ Ｅ
吴
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斌 ，林
俊
Ｗ Ｕ ａ． ｎ．Ｌｌ Ｊ Ｘｉ ＺＩＢｉ Ｎ ｕｎ
（ 中国矿业大学 机 电工程学院 ，徐州 ２ １ １ ） ２ １６
摘
要 ： 针对柔 索并联机器人 的结构特 点 ，搭建 了该机器人 监控系统 的总 体框架 。考 虑到柔索并 联机 器人 系统具有非线性 强 、外界 干扰等特 性 ，提 出带有模糊补偿 的自适应控 制算 法 。进 一步 ， 通过Ｍａ ｌｂ ａ ＶＥ ｔ 与Ｌ ｂ ｌｗ混合编程 对柔 索并联机器人进行 了运 动轨迹跟踪的联合仿真 、监控界 ａ 面的设计 及网络发布 。联合仿 真结果表 明 ，柔索并 联机 器人监控 系统具有 良好的轨迹跟踪 性 能 ，且监控人机界面友好 ，仿真效果较为直观 明显 。
网络 平 台的 搭 建 不 仅 扩 展 了对 柔 索并 联 机 器 人 的
运 动 轨 迹 跟 踪 监 控 的 异 地远 程 范 围 ，提 高 了监 控 效 率 ，而 且 有 利 于 更 广 层 面 的 多 样 化 协 同服 务 ， 为 实现 网络 化的高 精度 测控 体 系奠定 了基 础 。
图 ３ 柔 索并 联 机 器 人 模 糊 控 制 系统 结 构 图
传 感 器 模 块 中 的 接近 传 感 器 是 为 了避 免 末端 执 行 器 与 其 它 部 位 相碰 撞 ，称 重 传 感 器 用 来 测 量 并 限 制 工 件 的 重 量 ， 光栅 位 移 传 感 器 用 于 检 测 工 件 当前 在 ｘ、Ｙ、ｚ三 个 方 向上 的实 际运 行位 置 ； 数 据 采 集器 对 传 感 器 信 号 进 行一 系列 调 理 后 传 送 至 本 地 控 制 器 ；本 地 控 制 器 负 责 发 布 监 控 指 令 ，