大型绳驱并联机器人是一种采用绳索代替刚性连杆的新型并联机器人,具有大工作空间、大负载质量比以及模块化程度高等特点。其工作原理是:利用多个相同的驱动单元控制绳索的长度以及拉力大小,从而调节末端动平台的位姿。因此,研制具有良好动态品质的驱动单元是设计绳驱并联机器人的第一步。然而绳索的弹性、受力单向性以及滑轮包角和摩擦等因素对驱动单元的绳索位置控制和拉力控制造成了一定的影响。因此,本文针对驱动单元的机械及电气系统设计、系统建模与运动控制等方面进行研究,主要包括以下几个部分:首先,设计了一种出绳长度、绳索拉力线性化的驱动单元。在此过程中,先将绳驱并联机器人的整体设计指标分解为驱动单元的设计参数,提出了绕线机构和排线机构的设计方案;基于能量最优优化驱动单元主要部件的基本尺寸,计算关键零件的重要尺寸,完成驱动单元的机械系统设计;基于BECKHOFF平台设计并搭建了系统的实时电气系统;在TwinCAT软件下完成了交互界面和测试程序的开发。其次,完成驱动单元的运动学和动力学建模。在运动学建模过程中,考虑滑轮包角,建立实际修正的绳索收放长度模型;分析了滑轮半径和动平台运动位置对运动学修正模型的误差补偿规律,验证了模型的正确性;在动力学建模过程中,将绳索模型简化为无质量的弹簧模型,考虑绳索动态弹性变形,建立驱动单元的动力学模型;通过实验辨识验证了动力学模型,并与理论模型进行比较与分析。然后,针对测试平台的驱动冗余性建立了相应的补偿控制算法。在所辨识模型的基础上得到驱动单元的前向通道和扰动传递函数;其中在非冗余驱动单元上设计绳索位置控制器,具体由滑轮包角补偿器组成的运动学补偿和由前向通道串联校正、顺馈补偿和扰动前馈补偿等组成的动力学补偿两大部分构成;相同原理在冗余驱动单元上设计绳索拉力控制器;对单自由度测试平台存在2个驱动单元的驱动冗余性,提出了基于轨迹规划的被动工作模式和基于交互力的主动工作模式。最后,实验测试了驱动单元的多模式动态响应特性。验证运动学补偿器将绳长误差降低约85%,动力学补偿器减小滞后角约12.3~o;同时测试了驱动单元对于恒力和正弦力的动态响应和稳态精度;在关节空间内采用本文提出的工作模式,在动平台位置误差不超过1.5mm,滞后角在3~o内的要求下,动平台轨迹可在笛卡尔空间内规划到5Hz,得到良好动态品质的驱动单元系统。