很多小伙伴玩家都不太清楚我的前世模拟器|姚锐：AI时代，机器人的前世今生！ | 现场口译，那么今天解雕侠小编给大家带来一篇 相关的文章，希望大家看了之后能有所收获，最后请大家持续关注我们！
第七期节目解读
论绳索机器人的设计
姚锐
中国科学院国家天文台
FAST工程副研究员
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姚蕊老师@投资演讲视频：
以下为姚睿老师演讲实录：
（根据演讲场景，已按原意删除，完整版请观看视频）
大家好，我是中国科学院国家天文台的姚锐。 研究领域为并联机器人与天文技术与方法。 今天要和大家分享的话题是绳索并联机器人。
机器人最初是从哪里来的？
2016年9月25日，被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜FAST在中国贵州落成。 它引起了国内外天文学家的广泛关注，其高灵敏度和综合能力受到大家的推崇。 在两年多的调试期间，共发现了80颗高质量的候选脉冲星（等待进一步验证的新脉冲星，一旦被其他射电望远镜或FAST自身进一步验证为脉冲星，就可以成为“新确认的脉冲星”） “脉冲星”，其中55颗已被确认。
FAST - 500 米口径球面射电望远镜
同时，其自主创新技术也引起了大家的关注，其中之一就是饲料支撑系统（饲料接收器的定位系统）。
它使用6根600米长的绳索组成绳索并联机器人。 它牵引一个直径13米、重30吨的饲料舱。 它在140米的高度和206米的范围内移动。 其控制精度可达毫米级，这是大型绳索并联机器人的首次大规模高空运动。
在受到很多人关注的同时，很多人也开始疑惑：什么是绳索并联机器人？ 它在哪里应用？ 它具有什么样的特点？ 那么今天小编就带大家揭开这个谜团的一角。
说到绳并联机器人，我想用三个词来解释：机器人，并联机器人，绳并联机器人。
机器人一词起源于一部科幻小说，是一种人类想象出来的可以脱离劳动的想法。 现在随着工业技术的发展，机器人的种类很多，分类也多种多样。 我们在图片中看到的分类只是其中的一小部分。
机器人的既定概念是 - 可编程和多功能机械手，或具有计算机可更改和可编程动作的专用系统，用于执行不同的任务。 并联机器人是一种分类方法，常与串联机器人一起讨论。 根据机器人执行机构的形式主要分为串联和并联。
如上图，左图是一个串联机构，从它的机台到执行器之间有一个串联电路。 我们一般称这种形式为串联机器人。 右图是并联机构，它的机台和执行器之间会有两个以上的回路，我们称之为并联机器人。
“串行机器人”和“并联机器人”的两个典型动画如下所示。
串联机器人的示意图动画
串联机器人非常灵活，具有巨大的工作空间和范围。 就像用一只手随意完成操作一样。 我们现在看到的很多工业机械臂基本上都是串联式机器人。
并联机器人示意图动画
上图是一个典型的六自由度并联机器人。 6个自由度是通过6根杆的伸缩来实现的。 所谓6自由度，一般就是我们说的：物体在三维空间运动时，可以实现最大自由度为6，XYZ三个方向的平移，以及沿X轴的三个旋转， Y轴和Z轴，所以这个并联机器人实现了物体在三维空间的最大自由度。
这个机制是1965年一个德国人发明的，所以这个平台也常被称为平台。 它最初用于为飞行员提供飞行模拟器和培训。 现在我们可以在生活中经常使用这个平台。 在许多娱乐场所、飞行模拟器、游戏机构中都能看到它们的身影。
我们生活中常见的“绳索并联机器人”有哪些？
了解并联机器人，才能更好地了解绳索并联机器人——
它用绳索代替刚性并联机构中的部分操作杆，进而实现并联机器人的相同功能。 它的优点是绳索的材料简单，价格便宜。 此外，在重量相同的情况下，绳索的承重能力会更强，其工作范围也会更大，因为它不会受到加工能力和装配误差等各种因素的影响。
左图是1987年在美国诞生的第一款，现在我们在很多运动领域都能看到它的身影。 它用4根或8根绳索拉动一个摄影平台，从而实现高速稳定的拍摄，最高时速可达50公里以上。
右图是按照美国标准化和工业体系设计的并联机器人。 它用6根绳索代替平台的6根杆来实现它的运动。 在随后的十几二十年里，它被应用于许多工业现场，包括水上救援、地下管道铺设等。
随着绳索并联机器人的应用，在其理论不断完善的同时，其应用领域也开始扩大。 一方面应用于飞机的除漆喷涂，以及大型仓库管理，甚至月球的起落架实验等。
另一个有趣的应用想法是，2002年，加拿大人计划用8根绳索牵引一个热气球，并在热气球上放置一个馈源接收器（一种接收天体无线电波信号的仪器），实现200米口径射电望远镜 遗憾的是这个项目最后没有进行下去，我们缺少一个绳索并联机器人的典型应用。
绳索并联机器人的另一个优点是灵活、速度快，目前还在不断突破极限，其应用也逐渐从工业走向更多的地方，比如一些医疗辅助机构。
20世纪80年代末以来，绳索并联机器人的一些应用和理论体系开始稳步发展。 到 2000 年左右，人们将系留并联机器人技术列为一门独立的学科。
设计时会考虑很多因素。 其中比较有意思的一点就是绳索并联机器人和并联机器人，也就是我们传统上所说的刚性并联机器人。 最大的不同是绳子只能承受拉力不能承受压力，所以在设计过程中一定要注意它的拉力必须是正的，它的受力方向必须是拉力的方向，否则原来要求的度数机制失控，自由就无法实现。
但是有多少根绳子呢？ 能达到多少自由度？ 他们之间是什么关系？
这个问题直到1998年才得到系统的回答：如果要制作一个自由度为N的绳索并联机器人，那么至少需要N+1根绳索，也就是说如果要实现三个方向的平行至少需要 4 根绳索来制作一个完全约束的系留并联机器人。
FAST 饲料支持系统是如何发展到现在的？
回到FAST的feed支持系统，它要达到的自由度是多少？
为了满足它的天文观测需要，它需要实现3个方向的平移，以及绕X、Y轴两个方向的俯仰角，所以它需要5个自由度，也就是说它需要的绳子至少是6个根。 但这就是我们选择 6 根绳索的原因吗？
回过头来看，FAST feed支持系统是如何一步步走到现在的？
FAST的整个概念是从1993年到1994年提出的，当时我们希望能造出一个类似美国的望远镜。 很多时候，人们看到FAST就会想到它，但其实跟我们的feed支持系统有很大的关系。 不同之处。
美国望远镜
这张照片来自美国。 三座高塔是用来拉三根绳子的，但这三根绳子是不动的。 其馈源支撑系统采用三根钢索拉动中间巨大的三角形钢结构。 饲料舱就在这个钢结构上移动，整个饲料所支撑的部分重量可达近千吨。
如果我们把尺寸换算成FAST的话，我们整个饲料支撑系统的重量可能会达到几万吨，从设计到实现是不可能的，所以当时就提出了动绳子的概念，用绳子来拉动馈送接收器，在所需范围内移动，并接收这些天文信号。 但是那时候，我们对绳索并联机器人还没有很深入的了解。 用多少绳子，怎么移动，都只是概念。 但也确实是在那个时候，FAST首先提出了用电缆并联机器人来实现其进给支撑，随后进行了大量的理论和实验研究。
2000年前后，西安电子科技大学提出了“六线”方案，这当然不同于我们现在看到的六线方案的布局。 2004年，清华大学也提出用多种绳索来拉小车，再通过AB轴加个平台。 但是，在这些方案的研究和实验过程中，我们发现了一个问题：良好的力学性能和可实现的工作空间很难同时匹配，所以此时需要权衡。 直到2005年和2006年，我们通过模拟最终决定采用现在的“六索”方案：6根高塔均匀分布在一个直径600米的圆上，每根索将馈电舱拉向中心，两根索铰链在一点。
首先，对于射电望远镜来说，绳子越少，越不会影响它的天文观测。 其次，6根绳索可以满足5个自由度的要求，所以既满足了工作空间的要求，也满足了天文观测的需要。
但是目前唯一的遗憾就是不能满足我们对角度的要求，所以解决的办法是在进料舱加一个AB轴，然后在下面加一个平台进行微调。 这是解决方案的选择。 这件事之后，我们做了很多研究，从力学性能到均匀分布我的前世模拟器，比如上面的绳子怎么分布，怎么在一个点搅动两对等等。经过一番研究，我们最终确定了现在的绳子方案。
针对这一“六索”计划，2009年，国家天文台与清华大学在北京密云联合建立了1:15馈源保障系统模型。 绳索并联机器人的机械结构，我当时之所以涉及到这一部分，其实是有一个小故事在里面的。
2005年到2006年，我在做绳并联机的理论研究时需要搭建一个小模型，所以老师给了我资金自己搭建。 一般来说，传统绳索并联机器人的结构非常简单。 可用电动机带动卷扬机（用卷筒缠绕钢丝绳或用链条吊起或拉动重物的轻小型起重装置，又称卷扬机），加装滑轮。 可以完成其整个传输。 但是情况会随之而来，因为绳索并联机的研究需要很高的精度。 如果只使用滑轮和提升机的形式，那么我将面临一个问题：我需要自己建立一个复杂的数学模型。 ，卷扬机的旋转轮从哪里出去？ 对应的电机转多少圈？ 它的长度是多少？ 这些问题必须准确回答。
当提升机的尺寸较小时，可能需要绕行2-3次，因此数学模型会变得更加复杂。 我希望让这个设计更简单，所以我做了一个取巧的设计：用两个直线轮代替常用的螺旋轮。 滑轮。 滑轮会根据所跟索力的不同情况随时改变方向。 移动平台在哪里，滑轮的方向就朝向那个位置，从而永远保证出缆位置的唯一性。
然后这个设计被用在了40米模型上。 一方面，它使用双滑轮来减少运动误差。 另一方面，它采用转动的轮子，使其始终跟随进料舱的位置，保证排线精度。 同时减少了绳索与滑轮之间的摩擦力，这一设计最终应用到了FAST上。
上图是2016年夏天FAST附近的星空，今天我的介绍就像是带大家去看绳并联机器人璀璨的星空，但是我没办法告诉大家每颗星星代表什么。 它有什么特点呢，因为还有太多的未知等待着我们去探索，还有太多的机器人设计等待着我们去创造和创新。 今天就到这里，谢谢！
-结尾-
过往表现：
演绎是弘毅智库近期推出的面向青年科学家的剧场式演讲栏目。 内容聚焦“硬核”科学的实际应用价值，追寻从“科学”到“技术”再到“产业”的实现过程。 自开播以来我的前世模拟器，已邀请数十位青年科学家就各类热点话题展开讨论，节目在多个视频平台获得百万点击量。 在接下来的一段时间里，我们会定期分享科学家的推演演讲，让我们为新知识发声，创造未来感悟。
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