Eight-Cable Three-Degree-of-Freedom Cable-Driven Parallel Robot

八绳索三自由度绳驱动并联机器人

项目概述
本项目聚焦于八绳索三自由度绳驱动并联机器人的研发与优化，核心目标是打造一款结构可靠、控制精准、交互便捷的绳驱动机器人系统，突破传统并联机器人在工作空间、负载适应性及轨迹控制上的局限。结合当前课题相关研究成果来看，绳驱动并联机器人凭借结构简单、质量轻、工作空间大的优势，已成为机器人领域的研究热点，尤其在冗余驱动、工作空间优化、轨迹控制等方面的研究不断深入。项目期间，团队结合课题相关研究进展，完成了机器人的全流程研发工作，包括数学建模与仿真分析、负载影响研究、轨迹优化设计、工作空间关系探讨及人机交互模式研发，构建了从机械结构到控制系统、从仿真测试到实际应用的完整技术体系，同时呼应课题相关研究重点，为绳驱动机器人在工业搬运、精密操作等场景的应用奠定了坚实基础。
个人负责工作
本人全程参与项目研发，牵头负责机器人机械结构、通讯系统、上下位机系统、执行器及仿真系统的设计与开发工作，同时深度参与负载变化与轨迹规划相关研究，具体职责如下：
  • 机器人机械结构设计
    • 主导机器人机械结构的设计、优化与制造全流程，围绕工作空间需求实现结构精准适配：设计并制造四套单卷筒双绳驱动系统，通过反复调试优化结构参数，确保绳索驱动的稳定性与同步性；研发碳纤维动态平台，兼顾结构轻量化与刚性需求，提升机器人末端动平台的运动精度；设计可精细调节绳索长度的专用系统，解决绳索张力不均、长度偏差等问题，保障机器人运动的精准度与可靠性。
  • 机器人通讯系统设计 搭建多模块协同的通讯架构，实现各组件间的数据高效传输与指令交互：动平台搭载的STM32主控芯片通过I2C协议读取IMU惯性测量数据，再通过WiFi模块将数据实时传输至上位机，同时接收上位机下发的执行器控制指令；部署变送器将八路压力传感器的模拟信号转换为数字信号，通过RS485总线传输至上位机，实现绳索张力的实时监测；设计CAN总线通讯方案，实现四个电机与上位机的双向通讯，上位机可实时读取电机位置、速度、扭矩及温度等关键参数，并通过CAN总线下发电机电流控制数据，保障电机运行的精准可控。
  • 上位机系统开发 基于Simulink Desktop Real-time开发上位机控制系统，实现机器人的集中监控与精准控制：通过CAN总线接口实时采集电机位置、速度、电流（扭矩）、温度等运行数据，完成数据的实时解析与展示；集成PID控制算法，在Simulink环境中完成位置环、速度环、电流环的闭环计算，通过CAN总线将优化后的电流数据下发至电机，实现电机的精准调速与定位；通过RS485接口读取八路压力传感器数据，将所有监测数据同步保存至工作空间，为后续负载分析、轨迹优化提供数据支撑。
  • 下位机及执行器系统设计 负责下位机与执行器的硬件选型、电路设计与程序开发：选用STM32作为下位机主控板，搭配BW16模块，通过串口实现STM32与BW16的通讯，由BW16负责WiFi数据的发送与接收，实现下位机与上位机的无线数据交互；设计STM32 GPIO口与三个电磁铁的连接电路，编写控制程序，实现电磁铁吸合状态的精准控制，满足机器人末端执行机构的动作需求。
  • 机器人仿真系统开发 基于Simulink-Simscape搭建机器人仿真平台，完成运动学与动力学的全流程仿真：构建绳驱动机器人的正逆运动学模型，精准模拟绳索驱动的运动规律；开展动力学仿真分析，验证机械结构与控制系统的适配性；采用五次多项式算法进行轨迹规划仿真，优化机器人运动轨迹，减少运动过程中的冲击与抖动，提升机器人的运动平稳性与定位精度。
项目成果

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