本发明涉及索并联机器人领域，具体设计一种索并联机器人抑振控制装置及方法，从而抑制索并联机器人在运行过程中动平台发生的振动，提高索并联机器人运动精度和稳定性。
背景技术：
1、索并联机器人采用绳索代替刚性支链，其结构简单、成本低廉、惯量更低、能够以较低成本实现大工作空间，在船舶涂装、大型设备吊装等领域获得了大量应用。然而，由于绳索的刚度低于刚性支链，因此机器人运行过程中也更容易受到各种内源及外源扰动发生振动，导致末端运动精度降低甚至发生失控。
2、索并联机器人使用绳索代替刚性支链，容易受到各种内源及外源扰动产生振动，其典型振动主要包括两类，一类是欠约束自由度上的自由振动，此类振动特点在于频率较低、振幅较大，振动能量不易耗散，其抑振控制的重点是实现振动能量的持续耗散；另一类是受约束自由度上的弹性振动，此类振动特点在于频率较高、振幅较小，且振动能量会由于绳索的弹性和阻尼不断耗散，其抑振控制的重点是快速抑制振幅大小。
3、传统的索并联机器人抑振控制通常依靠控制索并联机器人已有绳索的收放进行实施，由于绳索的迟滞效应，此类方法在绳索较长或者弹性系数较低时效果不佳，且对欠约束自由度上的振动抑制效果有限。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于面向索并联机器人的抑振控制，提供一种索并联机器人抑振控制装置及方法，通过在索并联机器人动平台上加装主动抑振装置，依靠抑振装置向动平台输出抑振力，使得索并联机器人动平台发生振动时，振动能够被快速抑制，从而有效改善索并联机器人的运动精度和稳定性。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种索并联机器人抑振控制装置，包括：低频抑振系统2、高频抑振系统3、传感系统4、控制系统5，抑振控制装置的作用对象为索并联机器人1的动平台12。
4、其中，所述低频抑振系统2、高频抑振系统3、传感系统4安装在索并联机器人的动平台12上，控制系统5安装在索并联机器人的动平台12上或者集成到索并联机器人控制柜中，控制系统5与低频抑振系统2、高频抑振系统3、以及传感系统4之间通过线缆或无线信号进行通讯。
5、低频抑振系统2包括抑振旋翼24、旋翼调节杆23、调向电机22、基座21；基座21固连在索并联机器人的动平台12上，调向电机22外壳安装在基座21上，旋翼调节杆23与调向电机22的电机轴相连接，抑振旋翼24固连在旋翼调节杆23上。抑振旋翼24和调向电机22通过信号线缆或无线信号与控制系统5通讯；低频抑振系统2通过抑振旋翼24的高速转动，向动平台12持续做功，从而实现动平台振动能量的耗散，实现对动平台低频、大幅度振动的持续抑制；同时，通过调向电机22的转动，带动旋翼调节杆23转动，从而调整抑振旋翼24的方向，进而调整旋翼抑振力的作用方向；低频抑振系统的优势在于能够持续向动平台输出抑振力，不足在于响应速率相对较低。
6、低频抑振系统可以利用调向电机22调节抑振旋翼24的方向，从而调节旋翼抑振力的方向；当动平台12存在多个需要抑振控制的自由度时，若这些自由度不易同时发生振动，则可使用一组低频抑振系统实现多个自由度的抑振；当某个自由度上发生振动时，调向电机22控制旋翼调节杆23和抑振旋翼24转动到相应自由度上，执行抑振任务；当该自由度上未发生振动而其余自由度上发生振动时，调向电机控制旋翼调节杆23和抑振旋翼24转动到发生振动的自由度上，执行相应的抑振任务。
7、高频抑振系统3包括质量块抑振系统31、飞轮抑振系统32、以及摆锤抑振系统33。
8、质量块抑振系统31包括抑振质量块314、滑轨313、滑轨电机312和质量块抑振基座311；质量块抑振基座311固连在索并联机器人的动平台12上，滑轨313安装在质量块抑振基座311上，抑振质量块314由滑轨电机312进行驱动，可以在滑轨上滑动，滑轨电机312通过信号线缆或无线信号与控制系统5通讯；需要实施抑振控制时，滑轨电机312带动抑振质量块314沿滑轨313作加速运动，从而产生较大的瞬时反作用力，实现对动平台高频、小幅度瞬时振动的抑制。
9、飞轮抑振系统32包括抑振飞轮323、飞轮电机322和飞轮抑振基座321；飞轮抑振基座321固连在索并联机器人的动平台12上，飞轮电机322外壳安装在飞轮抑振基座321上，抑振飞轮323与飞轮电机322的电机轴相连接，飞轮电机322通过信号线缆或无线信号与控制系统5通讯；需要实施抑振控制时，飞轮电机322转动带动抑振飞轮323加速转动，从而产生较大的瞬时反作用力矩，实现对动平台高频、小幅度瞬时振动的抑制。
10、摆锤抑振系统33包括抑振摆锤333、摆锤电机332和摆锤抑振基座331；摆锤抑振基座331固连在索并联机器人的动平台12上，摆锤电机332外壳安装在摆锤抑振基座331上，抑振摆锤333与摆锤电机332的电机轴相连接，摆锤电机332通过信号线缆或无线信号与控制系统5通讯；需要实施抑振控制时，摆锤电机332转动带动抑振摆锤333执行加速摆动，从而产生较大的瞬时反作用力，实现对动平台高频、小幅度瞬时振动的抑制。
11、高频抑振系统的优势在于响应速度快，不足在于依赖加减速产生的惯性力进行抑振，只能在短时间内输出抑振力。其中，质量块抑振系统31用于抑制以平动为主的振动模态，飞轮抑振系统32用于抑制以转动为主的振动模态，摆锤抑振系统33既可以抑制以平动为主的振动模态，也可以抑振以转动为主的振动模态。
12、传感系统4内置加速度传感器和陀螺仪，安装在索并联机器人的动平台上，通过信号线缆或无线信号与控制系统5通讯，用于测量动平台的加速度和角速度信息，并传回控制系统5中。
13、控制系统5安装在索并联机器人的动平台上或集成到索并联机器人控制柜中，用于接收传感系统4传输的信号，并控制低频抑振系统2和高频抑振系统3执行各项抑振控制运动。
14、优选的，滑轨电机312驱动抑振质量块314的传动方式是带轮、链轮、丝杆导轨，或使用直线电机作为滑轨电机，直接驱动抑振质量块运动。
15、基于所提出的索并联机器人抑振控制装置，提出了一种索并联机器人抑振控制方法，实现对索并联机器人动平台振动的抑制。抑振控制方法的主要流程如下：
16、步骤一：通过对索并联机器人进行弹性动力学建模和模态分析，明确索并联机器人的典型振动形式和固有频率大小；或者，通过激振实验，实验测定索并联机器人的典型振动形式和固有频率大小；针对各模态特点，设定相应的阈值，当索并联机器人振动速度和角速度大于阈值时，将启动抑振控制装置实施抑振，否则不启动抑振控制装置；
17、步骤二：根据固有频率分析结果，在索并联机器人的动平台上相应位置布置抑振控制装置；对于在索并联机器人欠约束自由度上的模态，在振动方向上优先安装低频抑振系统2；对于在索并联机器人受约束自由度上的模态，在振动方向上优先安装高频抑振系统3；
18、步骤三：利用传感系统4持续检测索并联机器人的动平台12的加速度和角速度情况，并与索并联机器人的理论加速度和角速度进行对比，经低通滤波后辨识动平台12是否存在振动；若动平台12存在振动，则求解振动量对应的加速度和角速度方向及大小；此外，在控制系统5中通过对加速度信号进行积分和高通滤波，获得动平台速度信号；
19、步骤四：判断动平台振动类型，若动平台的加速度和角速度出现在欠约束自由度上，则调动相应的低频抑振系统2实施抑振；若动平台的加速度和角速度出现在受约束自由度上，则调动相应的高度抑振系统3实施抑振；
20、对于需要调动低频抑振系统2实施抑振的振动，此类振动的抑振控制重点在于持续耗散振动能量；针对此类振动，根据振动速度信号方向，控制调向电机22转动，使得抑振旋翼24的作用力方向与振动速度方向相反，然后抑振旋翼24高速转动，向动平台持续输出抑振力，实现对振动能量的持续耗散；
21、对于需要调动高频抑振系统3实施抑振的振动，此类振动的抑振控制重点在于与产生抑振力与振动加速度快速抵消，减少振幅大小；针对此类振动，根据振动加速度信号方向，控制相应方向的电机驱动抑振质量块314、抑振飞轮323或抑振摆锤333执行加减速运动，使得高频抑振系统3向加速度信号相反的方向产生惯性力或惯性力矩，实现对振动的抑制；
22、步骤五：抑振过程中，持续检测索并联机器人的动平台加速度和角速度，并将加速度积分求解得到速度信号；持续判断索并联机器人振动速度和角速度是否大于阈值，当索并联机器人相应模态上的速度和角速度小于阈值时，抑振控制系统停止工作。
23、在针对不同的索并联机器人进行抑振控制装置布置时，可以根据机器人的典型模态特性以及工作环境特点，选定需要抑振的模态，进而选配不同种类、数量和布局的低频抑振系统2和/或高频抑振系统3。同一自由度上可以选择配置多个同种或不同种类的低频抑振系统2和/或高频抑振系统3，通过多个抑振装置协作，实现更加全面的抑振控制效果。例如，通过配置多个低频抑振系统实现更大的持续抑振力，通过同时配置低频和高频抑振系统，实现对响应速度和持续抑振效果的兼顾。
24、此外，高频抑振系统和低频抑振系统的使用场景并非严格受到索并联机器人自由度类型的限制，根据实际运行需求，高频抑振系统也可以用于索并联机器人欠约束自由度上振动的抑制，实现对相应自由度振动的快速相应；低频抑振系统也可以用于索并联机器人受约束自由度上振动的抑制，实现对该方向振动能量的持续耗散。
25、例如，对于欠约束自由度，优先配置低频抑振系统2，若单个低频抑振系统抑振效果有限，则配置多个低频抑振系统共同执行抑振；对于受约束自由度，优先配置高频抑振系统3，并根据具体振动形式选定相应的高频抑振系统，对于以平动为主的模态，优先配置质量块抑振系统31；对于以转动为主的模态，优先配置飞轮抑振系统32或摆锤抑振系统33；对于兼具平动和转动的模态，既配置质量块抑振系统31，又配置飞轮抑振系统32或摆锤抑振系统33，依靠多个抑振系统协同作业实施抑振控制；对于刚度较低、振动能量较大的受约束自由度，既配置低频抑振系统2，又配置高频抑振系统3，从而实现对持续性和响应速度的兼顾。
26、索并联机器人运行过程中可能在多个自由度上同时发生振动，针对此种复合振动，多个抑振控制系统将同时执行抑振运动，协作实现对振动的抑制。
27、为此，本发明提出了一种索并联机器人抑振控制装置及方法，通过在索并联机器人动平台上加装主动抑振装置，依靠抑振装置向动平台输出抑振力，从而实现对索并联机器人动平台振动能量的耗散。与现有技术相比，通过本发明的实施可以取得的有益效果是：
28、1、通过实施本发明提出的索并联机器人抑振控制装置及方法，能够有效抑制索并联机器人运行过程中的振动，有效改善索并联机器人的精度和稳定性。
29、2、通过本发明提出的抑振控制方法，实现了对索并联机器人受约束以及欠约束自由度上振动的抑制，且兼顾了响应速度和持续抑振效果，相比传统的依靠调节索力的抑振控制方法，更不易受到绳索迟滞效应的影响，抑振效果更加显著。
1.一种索并联机器人抑振控制装置，其特征在于，包括：低频抑振系统(2)、高频抑振系统(3)、传感系统(4)、控制系统(5)，抑振控制装置的作用对象为索并联机器人(1)的动平台(12)；
2.根据权利要求1所述的索并联机器人抑振控制装置，其特征在于，针对不同的索并联机器人，根据索并联机器人的典型模态特性以及工作环境特点，选定需要抑振的模态，进而选配不同种类、数量和布局的低频抑振系统(2)和/或高频抑振系统(3)；同一自由度上选择配置多个同种或不同种类的低频抑振系统(2)和/或高频抑振系统(3)，通过多个低频抑振系统(2)和/或高频抑振系统(3)协作，实现更加全面的抑振控制效果；
3.根据权利要求1所述的索并联机器人抑振装置，其特征在于，所述低频抑振系统(2)利用调向电机(22)调节抑振旋翼(24)的方向，从而调节旋翼抑振力的方向；当动平台(12)存在多个需要抑振控制的自由度时，若这些自由度不易同时发生振动，则使用一组低频抑振系统(2)实现多个自由度的抑振；当某个自由度上发生振动时，调向电机(22)控制抑振旋翼(24)指向相应自由度，执行抑振任务；当该自由度上未发生振动而其余自由度上发生振动时，调向电机(22)控制抑振旋翼(24)指向发生振动的自由度上，执行相应的抑振任务。
4.根据权利要求1所述的索并联机器人抑振装置，其特征在于，所述滑轨电机(312)驱动抑振质量块(314)的传动方式是带轮、链轮、丝杆导轨，或使用直线电机作为滑轨电机，直接驱动抑振质量块运动。
5.一种索并联机器人抑振控制方法，其特征在于，该方法利用权利要求1至4任一项所述抑振控制装置，实现对索并联机器人动平台振动的抑制；
6.根据权利要求5所述的索并联机器人抑振控制方法，其特征在于，根据实际运行需求，高频抑振系统(3)也能够用于索并联机器人欠约束自由度上振动的抑制，低频抑振系统(2)也能够用于索并联机器人受约束自由度上振动的抑制。
7.根据权利要求5所述的索并联机器人抑振控制方法，其特征在于，索并联机器人运行过程中可能在多个自由度上同时发生振动，针对此种复合振动，多个抑振控制系统同时执行抑振运动，协作实现对振动的抑制。
