Design, fabrication and control of a cable-driven parallel robot

📄 arXiv: 2506.18526v1 📥 PDF

作者: Dhruv Sorathiya, Sarthak Sahoo, Vivek Natarajan

分类: cs.RO, math.DS

发布日期: 2025-06-23

备注: 4 pages, 8 fugures

💡 一句话要点

设计并实现了一种新型电缆驱动并联机器人以解决动态控制问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 电缆驱动并联机器人 动态控制 运动规划 实验装置 复杂动态

📋 核心要点

  1. 电缆驱动并联机器人在动态控制中面临复杂的动力学问题，现有方法难以充分利用其优势。
  2. 本文提出了一种新的实验装置设计，能够有效验证运动规划算法并再现电缆的复杂动态现象。
  3. 实验结果表明，该装置能够成功模拟电缆的横向振动，为未来的控制算法验证提供了基础。

📝 摘要（中文）

在电缆驱动并联机器人（CDPRs）中，负载通过可控长度的电缆网络悬挂，从而在工作空间内进行操控。与刚性连杆机器人相比，CDPRs因电缆的灵活性提供了更好的机动性，并且由于电缆的高强度重量比，能耗更低。然而，电缆的灵活性及其只能拉动而不能推的特性使得CDPR的动态控制变得复杂。因此，必须开发先进的建模范式和控制算法，以充分利用CDPR的潜力。本文描述了我们为CDPR开发的实验装置的设计与制造过程，并验证了基本的开环运动规划算法，展示了该装置在再现复杂现象方面的能力。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决电缆驱动并联机器人（CDPR）在动态控制中的复杂性问题。现有方法在处理电缆的灵活性和只能拉动的特性时存在不足，导致控制算法的有效性受到限制。

核心思路：我们设计并实现了一个实验装置，能够通过控制电缆长度来操控负载，并验证运动规划算法的有效性。该装置的灵活性使其能够模拟大规模CDPR中的复杂动态现象。

技术框架：整体架构包括电缆控制系统、负载悬挂机制和运动规划算法验证模块。首先，通过选择合适的组件进行装配，然后进行系统集成，最后进行实验验证。

关键创新：本研究的主要创新在于开发了一个能够再现电缆横向振动的实验装置，这在现有文献中尚未见到，提供了新的实验平台用于验证复杂控制算法。

关键设计：在设计中，我们选择了高强度轻量化的电缆，并优化了电缆的长度控制机制，以确保负载的稳定性和灵活性。此外，运动规划算法的实现采用了开环控制策略，便于初步验证。

📊 实验亮点

实验结果显示，所开发的CDPR实验装置能够成功再现电缆的横向振动现象，验证了基本的开环运动规划算法的有效性，为后续复杂控制算法的研究奠定了基础。

🎯 应用场景

该研究的潜在应用领域包括机器人自动化、航空航天、建筑工程等，尤其是在需要高精度和灵活性的场景中。未来，该实验装置将为更复杂的控制算法提供验证平台，推动CDPR技术的发展与应用。

📄 摘要（原文）

In cable driven parallel robots (CDPRs), the payload is suspended using a network of cables whose length can be controlled to maneuver the payload within the workspace. Compared to rigid link robots, CDPRs provide better maneuverability due to the flexibility of the cables and consume lesser power due to the high strength-to-weight ratio of the cables. However, amongst other things, the flexibility of the cables and the fact that they can only pull (and not push) render the dynamics of CDPRs complex. Hence advanced modelling paradigms and control algorithms must be developed to fully utilize the potential of CDPRs. Furthermore, given the complex dynamics of CDPRs, the models and control algorithms proposed for them must be validated on experimental setups to ascertain their efficacy in practice. We have recently developed an elaborate experimental setup for a CDPR with three cables and validated elementary open-loop motion planning algorithms on it. In this paper, we describe several aspects of the design and fabrication of our setup, including component selection and assembly, and present our experimental results. Our setup can reproduce complex phenomenon such as the transverse vibration of the cables seen in large CDPRs and will in the future be used to model and control such phenomenon and also to validate more sophisticated motion planning algorithms.