導(dǎo)語
在海上補給與海洋工程作業(yè)中，繩驅(qū)波浪運動補償裝置需要在強擾動、低阻尼環(huán)境下實現(xiàn)高精度位姿控制與軌跡跟蹤。針對這一挑戰(zhàn)，山東大學(xué)教研究團隊提出了一種新的控制方法，并通過室內(nèi)與海上實驗驗證其有效性。在實驗過程中，NOKOV 度量動作捕捉為系統(tǒng)提供了高精度三維位姿獲取能力，成為實驗驗證的重要技術(shù)支撐。
一、研究背景：繩驅(qū)波浪運動補償裝置的究
繩驅(qū)并聯(lián)機器人在海上補給、海洋工程等場景中具有負載大、工作空間靈活等優(yōu)勢，但同時也面臨強擾動、執(zhí)行器飽和以及結(jié)構(gòu)低阻尼帶來的控制難題。
山東大學(xué)（威海）陳原教授團隊在 Information Sciences 期刊發(fā)表論文 Passivity-based variable damped sliding mode control for cable-driven wave motion compensation device under hybrid disturbances，針對上述問題提出系統(tǒng)性的控制解決方案。
二、研究方法概述：基于無源性的變阻尼滑模控制方法
本文提出了一種基于無源性的變阻尼滑?？刂品椒ǎ瑢崿F(xiàn)了有限時間收斂、振動抑制與軌跡跟蹤的統(tǒng)一設(shè)計。主要創(chuàng)新點包括：
構(gòu)建基于端口-哈密頓理論的控制框架，同時考慮加速度約束與執(zhí)行器飽和問題；
設(shè)計協(xié)同控制結(jié)構(gòu)，將滑?？刂戚斎肱c阻尼調(diào)制相結(jié)合；
提出雙模阻尼飽和策略，在收斂速度與擺動抑制之間取得平衡；
設(shè)計有限時間級聯(lián)觀測器，用于抑制傳感器噪聲并快速重構(gòu)擾動。
在控制算法驗證過程中，動作捕捉位姿獲取成為評估控制性能的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。
三、實驗驗證
1、室內(nèi)實驗系統(tǒng)
在室內(nèi)實驗中，研究團隊搭建了 1:10 縮比的五自由度八繩波浪補償樣機，并由六自由度并聯(lián)平臺模擬船舶運動。
實驗系統(tǒng)集成了 UMAC 運動控制器，并通過 MATLAB/Simulink 與 IMU 傳感器和 NOKOV 度量動作捕捉系統(tǒng)建立通信。
NOKOV 度量動作捕捉在實驗中提供了高精度三維負載位姿數(shù)據(jù)，作為控制器閉環(huán)反饋及性能評估的基準，為繩驅(qū)波浪運動補償裝置的軌跡跟蹤控制提供可靠的數(shù)據(jù)支持。
2、海上實驗驗證
在室內(nèi)實驗條件下，基于 NOKOV 度量動作捕捉獲取的位姿數(shù)據(jù)，研究團隊對不同控制方法進行了對比分析。結(jié)果表明，在相近控制能耗條件下，本文方法的 ITAE 指標(biāo)降低約 58%–68%。
進一步地，研究團隊在真實海上補給場景中開展試驗，在 5–10 m/s 風(fēng)速擾動條件下，系統(tǒng)位置與姿態(tài)跟蹤誤差平均降低 55% 以上，驗證了控制方法在實際工程環(huán)境中的穩(wěn)定性與可部署性。
四、應(yīng)用場景分析：面向海洋工程
該研究成果適用于海上補給、海洋工程裝備、懸掛式繩驅(qū)并聯(lián)機器人等多種應(yīng)用場景。通過引入 NOKOV 度量動作捕捉進行高精度位姿獲取，可有效提升控制算法的實驗驗證效率和結(jié)果可信度，為工程化部署提供可靠依據(jù)。
五、結(jié)論：NOKOV 度量動作捕捉的關(guān)鍵作用
綜上所述，山東大學(xué)陳原教授團隊提出的繩驅(qū)波浪運動補償控制方法在室內(nèi)與海上試驗中均取得良好效果。
在整個實驗驗證過程中，NOKOV 度量動作捕捉持續(xù)為系統(tǒng)提供高精度、實時的三維位姿數(shù)據(jù)，成為連接理論控制方法與工程驗證的重要橋梁，也充分體現(xiàn)了動作捕捉技術(shù)在機器人與海洋工程控制研究中的核心價值。
六、關(guān)于繩驅(qū)波浪運動補償裝置研究的FQA
Q1：這項研究主要解決了什么問題？
A1： 該研究針對繩驅(qū)波浪運動補償裝置在強擾動、低阻尼環(huán)境下的控制難題，提出了具備高魯棒性的控制方法，并通過實驗進行了驗證。
Q2：這項研究屬于哪個典型應(yīng)用領(lǐng)域？
A2： 該成果主要面向海上補給與海洋工程場景，適用于繩驅(qū)并聯(lián)機器人和懸掛式補償裝置的運動控制研究。
Q3：實驗中如何獲取高精度位姿數(shù)據(jù)？
A3： 研究團隊在室內(nèi)實驗中引入了 NOKOV 度量動作捕捉系統(tǒng)，獲取高精度三維負載位姿數(shù)據(jù)，用于控制閉環(huán)反饋與性能評估。
Q4：度量動作捕捉在該領(lǐng)域中起到什么作用？
A4： 在繩驅(qū)波浪補償研究中，度量動作捕捉為控制算法提供真實、精確的位姿基準數(shù)據(jù)，是連接理論方法與工程驗證的重要技術(shù)手段。
七、論文信息
山東大學(xué)（威海）陳原教授團隊在Information Sciences期刊發(fā)表題為Passivity-based variable damped sliding mode control for cable-driven wave motion compensation device under hybrid disturbances的論文，論文被SCI和EI收錄。
引用格式
Hou Z, Sui R, Chen Y. Passivity-based variable damped sliding mode control for cable-driven wave motion compensation device under hybrid disturbances[J]. Information Sciences, 2025: 122742.
作者簡介
侯宗賓，山東大學(xué)低空科學(xué)與工程學(xué)院碩士生。主要研究方向：繩驅(qū)動并聯(lián)機器人的設(shè)計與控制
隋瑞浩，山東大學(xué)低空科學(xué)與工程學(xué)院碩士生。主要研究方向：繩驅(qū)動并聯(lián)機器人的設(shè)計與控制
陳原（通訊作者），山東大學(xué)機電與信息工程學(xué)院副院長、教授。主要研究方向：機器人機構(gòu)學(xué)與運動控制
