CN104385300B - 可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置及方法，装置包括可缠绕式混合驱动柔索并联机器人及运行监测装置。可缠绕式混合驱动柔索并联机器人包括三组混合驱动五连杆缠绕结构、一个索塔支架、三根柔索、变位机和重物。索塔支架顶部的三个滑轮支架上分别设有滑轮，且滑轮支架外壳上分别固定有应力无线传感器节点，三根柔索通过变位机与重物连接，且变位机外表面固定有重物节点，索塔支架正下方的地面上设置有三个锚节点。运行监测装置包括汇聚节点、工控机，汇聚节点通过USB数据线与工控机连接。本发明具有结构简单、检测维护方便且成本低、灵敏度高、对柔索无损害的优点。

Description

可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置及方法

技术领域

本发明涉及机器人的运行状态监测***领域，具体是一种可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置及方法。

背景技术

混合驱动柔索并联机器人兼容了混合驱动机构高速、高承载力、柔性可调，柔索并联机器人结构简单、模块化程度高、运动速度快以及价格低廉等特点，因此，不仅能够高精度、高效率、大负载地运转，而且应具有更大的柔性输出，能迅速方便地改变输出运动规律。中国专利201310166792.5公开了一种三自由度混合驱动缠绕式柔索并联机器人，不仅能够实现柔索并联机器人大负载运转、高性能运动输出，且具备运动速度可调的特点，同时可以应用于大范围的工作空间。

对于工业上使用柔索(例如钢丝绳)的机器一般是通过对提升柔索的张力检测来实现对该机器运行状态的监测功能，对于可缠绕式混合驱动柔索并联机器人***同样适用。可缠绕式混合驱动柔索并联机器人的柔索在工作过程中，由于磨损、波动、卡住等因素会导致张力变化很大，甚至发生柔索断裂、滑轮支架开裂和索塔架变形弯曲严重等造成重大安全事故，因此有必要对柔索应力、滑轮支架应力、索塔架变形情况进行实时监测。传统的钢丝绳检测方法一般分为三种：第一种是敲击振波法，其主要利用张力与钢丝绳振动频率之间的关系来实现对钢丝绳的张力检测，不足之处是不能够实时动态检测，测量精度也不高；第二种是串联法，在钢丝绳与承载物之间串联一个力传感器来测量钢丝绳张力，不足之处是灵敏度较低而且会加剧钢丝绳的疲劳磨损；第三种是三点弯曲法，根据力的平行四边形法则来实现对钢丝绳的张力检测，不足之处是对装置的安装精度要求比较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置及方法，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：包括呈正三棱柱结构的索塔支架，索塔支架周围呈品字形分布有三组混合驱动五连杆缠绕结构，索塔支架三个棱柱顶点顶部分别通过滑轮支架转动安装有滑轮，每个滑轮支架上分别固定有应力无线传感器节点，三组混合驱动五连杆缠绕结构中有柔索一一对应绕过滑轮后再伸入索塔支架下方，且三组混合驱动五连杆缠绕结构的柔索在索塔支架下方通过变位机悬吊有重物，所述变位机外表面固定有重物节点，位于索塔支架正下方的地面上还设置有三个呈三角形分布的锚节点，由三组混合驱动五连杆缠绕结构及其柔索、索塔支架、变位机和重物构成可缠绕式混合驱动柔索并联机器人，还包括设置在外部的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人操作台，可缠绕式混合驱动柔索并联机器人操作台上设置有汇聚节点、工控机，所述汇聚节点通过USB数据线与工控机连接，由汇聚节点、工控机构成运行监测装置。

所述的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：所述的应力无线传感器节点由电阻式压力应变片、信号采集与调理电路、微控制器、外扩存储器、无线模块、天线和电源模块构成，电阻式压力应变片和信号采集与调理电路的输入端连接，信号采集与调理电路的输出端与微控制器连接，外扩存储器和无线模块的输入端分别接入微控制器，天线接入无线模块输出端，电源模块分别供电至信号采集与调理电路、微控制器和无线模块。

所述的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：所述重物节点、锚节点和汇聚节点结构相同，均由微控制器、外扩存储器、无线模块、天线和电源模块构成，外扩存储器和无线模块的输入端分别接入微控制器，天线接入无线模块的输出端，电源模块分别供电至微控制器和无线模块。

所述装置的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测方法，其特征在于：应力无线传感器节点对滑轮支架的外壳处应力进行测量，通过锚节点对应力无线传感器节点和重物节点进行定位，应力无线传感器节点的位置数据和应力信息通过无线网络传送至汇聚节点，同时重物节点的位置数据信息通过无线网络传送至汇聚节点，汇聚节点再通过USB接口将数据发送给工控机，过程如下：

(1)在可缠绕式混合驱动并联柔索机器人的操作台上设置与工控机通过USB数据线相连的汇聚节点，在索塔支架上的三个滑轮支架外壳上分别设置应力无线传感器节点，三个锚节点作为定位节点呈三角形分布固定在索塔支架正下方的地面上，重物节点固定在变位机上；

(2)采用RSSI三点测距法，通过索塔支架正下方地面上的三个锚节点依次对三个滑轮支架外壳上的应力无线传感器节点和变位机上的重物节点进行空间位置坐标的确定，各应力无线传感器节点分别对所在滑轮支架外壳处的应力进行检测；

(3)三个锚节点将所在位置坐标信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，同时三个应力无线传感器将所在位置坐标信号和应力信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，重物节点将所在位置坐标信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，由汇聚节点进行预处理，再通过USB接口发送给工控机；

(4)工控机将接受到的位置坐标信号和应力信号进行分析处理，分析重物节点的位置坐标信号可得到重物的位移，速度和及加速度随时间的变化关系，进一步可得到三根柔索在空的间位置随时间的变化关系，根据重物的受力关系可得到：

$\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_i+\stackrel{ur}{G}=m\stackrel{r}{a}---\left(1\right)$

其中公式(1)中，表示第i根柔索的受力；表示重物的重力；m表示重物的质量；表示重物的加速度。

将每根柔索按照三个互相正交的方向进行分解，公式(1)进一步表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{ur}{F}}_i={\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{F}}_{zi}\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{G}}_x=m{\stackrel{r}{a}}_x\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{G}}_y=m{\stackrel{r}{a}}_y\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{zi}+{\stackrel{ur}{G}}_z=m{\stackrel{r}{a}}_z\end{array}\right.---\left(2\right)$

根据公式(2)可求解出任意时刻每根柔索的张力大小，分析应力无线传感器节点的位置坐标信号和应力信号，滑轮支架的外壳应力越大，说明滑轮上的钢丝绳张力越大，滑轮支架处的位置坐标变化越大，说明索塔架受压弯曲变形越严重，通过与设定正常范围数值比对，标记出应力异常点和位置坐标异常点，以此实现对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行状态的监测。

本发明首先在滑轮支架外壳处布置应力无线传感器节点，在地面上布置呈三角形分布的三个锚节点，在控制台上布置汇聚节点。然后，三个锚节点定位应力无线传感器节点的空间位置坐标，同时应力无线传感器节点采集滑轮支架处的应力信息。最后，汇聚节点接收应力无线传感器节点和锚节点数据，通过USB线发送给工控机，通过分析可得到柔索的张力大小、滑轮支架受力大小及索塔架的变形情况，以此实现对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行状态的实时监测。

本发明的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行状态监测方法与装置不会对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人***带来任何安全隐患，安装简便、安全可靠；采用CC1101无线通信技术，具有较高的通信速率和通信可靠性；传感器节点具有体积小、低功耗、灵敏度高、成本低等优点。

附图说明

图1为本发明监测装置结构图。

图2为本发明锚节点分布结构俯视图。

图3为本发明应力无线传感器节点安装示意图。

图4为本发明汇聚节点与工控机连接示意图。

图5为本发明的应力无线传感器节点结构原理框图.

图6为本发明的重物节点与锚节点结构原理框图。

图7为本发明的汇聚节点结构原理框图。

图8为本发明的监测方法工作流程图。

具体实施方式

如图1-图4所示，可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，包括呈正三棱柱结构的索塔支架3，索塔支架3周围呈品字形分布有三组混合驱动五连杆缠绕结构1，索塔支架3三个棱柱顶点顶部分别通过滑轮支架5转动安装有滑轮4，每个滑轮支架5上分别固定有应力无线传感器节点6，三组混合驱动五连杆缠绕结构1中有柔索2一一对应绕过滑轮4后再伸入索塔支架3下方，且三组混合驱动五连杆缠绕结构1的柔索2在索塔支架3下方通过变位机9悬吊有重物8，变位机9外表面固定有重物节点7，位于索塔支架3正下方的地面上还设置有三个呈三角形分布的锚节点10，由三组混合驱动五连杆缠绕结构1及其柔索2、索塔支架3、变位机9和重物8构成可缠绕式混合驱动柔索并联机器人，还包括设置在外部的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人操作台14，可缠绕式混合驱动柔索并联机器人操作台14上设置有汇聚节点13、工控机11，汇聚节点13通过USB数据线12与工控机11连接，由汇聚节点13、工控机构11成运行监测装置。

如图5所示。应力无线传感器节点6由电阻式压力应变片、信号采集与调理电路、微控制器、外扩存储器、无线模块、天线和电源模块构成，电阻式压力应变片与信号采集和调理电路的输入端连接，信号采集与调理电路的输出端和微控制器连接，外扩存储器和无线模块的输入端分别接入微控制器，天线接入无线模块的输出端，电源模块分别供电至信号采集与调理电路、微控制器和无线模块。

如图6、图7所示。重物节点7、锚节点10和汇聚节点13结构相同，均由微控制器、外扩存储器、无线模块、天线以及电源模块构成，外扩存储器、无线模块的输入端分别接入微控制器，天线接入无线模块的输出端，电源模块分别供电至微控制器和无线模块。

如图8所示。可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测方法，应力无线传感器节点对滑轮支架的外壳处应力进行测量，通过锚节点对应力无线传感器节点和重物节点进行定位，应力无线传感器节点的位置数据和应力信息通过无线网络传送至汇聚节点，同时重物节点的位置数据信息通过无线网络传送至汇聚节点，汇聚节点再通过USB接口将数据发送给工控机，过程如下：

(1)在可缠绕式混合驱动柔索并联机器人的操作台上设置与工控机通过USB数据线相连的汇聚节点，在索塔支架上的三个滑轮支架外壳上分别设置应力无线传感器节点，三个锚节点作为定位节点呈三角形分布固定在索塔支架正下方的地面上，重物节点固定在变位机上；

(2)采用RSSI三点测距法，通过索塔支架正下方地面上的三个锚节点依次对三个滑轮支架外壳上的应力无线传感器节点和变位机上的重物节点进行空间位置坐标的确定，各应力无线传感器节点分别对所在滑轮支架外壳处的应力进行检测；

(3)三个锚节点将所在位置坐标信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，同时三个应力无线传感器将所在位置坐标信号和应力信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，重物节点将所在位置坐标信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，由汇聚节点进行预处理，再通过USB接口发送给工控机；

(4)工控机将接受到的位置坐标信号和应力信号进行分析处理，分析重物节点的位置坐标信号可得到重物的位移，速度和及加速度随时间的变化关系，进一步可得到三根柔索在空间的位置随时间的变化关系，根据重物的受力关系可得到：

$\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_i+\stackrel{ur}{G}=m\stackrel{r}{a}---\left(1\right)$

其中公式(1)中，表示第i根柔索的受力；表示重物的重力；m表示重物的质量；表示重物的加速度。

将每根柔索按照三个互相正交的方向进行分解，公式(1)进一步表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{ur}{F}}_i={\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{F}}_{zi}\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{G}}_x=m{\stackrel{r}{a}}_x\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{G}}_y=m{\stackrel{r}{a}}_y\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{zi}+{\stackrel{ur}{G}}_z=m{\stackrel{r}{a}}_z\end{array}\right.---\left(2\right)$

根据公式(2)可求解出任意时刻每根柔索的张力大小，分析应力无线传感器节点的位置坐标信号和应力信号，滑轮支架的外壳应力越大，说明滑轮上的钢丝绳张力越大，滑轮支架处的位置坐标变化越大，说明索塔架受压弯曲变形越严重，通过与设定正常范围数值比对，标记出应力异常点和位置坐标异常点，以此实现对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行状态监测。

本发明的装置包括可缠绕式混合驱动柔索并联机器人、应力无线传感器节点6、锚节点10、汇聚节点13、USB数据线12和工控机11。可缠绕式混合驱动柔索并联机器人包括三组呈品字形分布的混合驱动五连杆缠绕结构1、一个呈正三棱柱结构的索塔支架3、三根柔索2、变位机9和重物8。索塔支架3上安装有三组滑轮组件。混合驱动五连杆缠绕结构为期刊《机械传动》2013年37卷6期中一种可缠绕混合驱动柔索并联机构可视化分析与仿真文献公开的一种机构，滑轮组件由滑轮4和滑轮支架5组成。用强力胶将应力无线传感器节点6固定在滑轮支架5的外壳上。重物节点7固定在变位机9外表面上。根据无线传感器网络的RSSI三点测距法，三个锚节点10呈三角形分布固定在索塔支架3正下方的地面上，用来定位三个滑轮支架5外壳上的应力无线传感器节点6和重物节点7的位置信息。用强力胶将汇聚节点13固定在可缠绕式混合驱动柔索并联机器人的操作台14外壳上，用来接收应力无线传感器节点6将所在位置坐标信号和应力信号、及重物节点7与锚节点10的位置坐标信号，进行数据预处理，并通过USB数据线12将数据发送到工控机11，工控机11将接受到的位置坐标信号和应力信号进行分析处理，分析重物节点7的位置坐标信号可得到重物8的位移，速度和及加速度随时间的变化关系，进一步可得到三根柔索2在空的间位置随时间的变化关系，根据重物的受力关系可得到：

$\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_i+\stackrel{ur}{G}=m\stackrel{r}{a}---\left(1\right)$

其中，表示第i根柔索的受力；表示重物的重力；m表示重物的质量；表示重物的加速度。

将每根柔索2按照三个互相正交的方向进行分解，公式(1)进一步表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{ur}{F}}_i={\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{F}}_{zi}\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{G}}_x=m{\stackrel{r}{a}}_x\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{G}}_y=m{\stackrel{r}{a}}_y\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{zi}+{\stackrel{ur}{G}}_z=m{\stackrel{r}{a}}_z\end{array}\right.---\left(2\right)$

根据公式(2)可求解出任意时刻每根柔索2的张力大小。分析应力无线传感器节点6的位置坐标信号和应力信号，滑轮支架5的外壳应力越大，说明滑轮上的柔索2张力越大，滑轮支架5处的位置坐标变化越大，说明索塔支架3受压弯曲变形越严重。通过与设定正常范围数值比对，标记出应力异常点和位置坐标异常点，以此实现对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行状态监测。

如图5所示，应力无线传感器节点由电阻式压力应变片、信号采集与调理电路、微控制器Atmega128L、FLASH外扩存储器M25P80、无线模块CC1101、PCB全向胶棒天线、电源模块5V纽扣电池构成。电阻式压力应变片一共分为四片，构成全桥电路，其中两片用来测量滑轮架外壳的轴向和径向应变，另外两片用来温度补偿。信号采集与调理电路用于对压力应变片信号的采集，并进行滤波放大后，将采集的信号转化为0-5V的电压信号后输入给微控制器Atmega128L。微控制器选用Atmega128L，该芯片低功耗，丰富的接口资源，数据处理能力强。FLASH外扩存储器M25P80容量为1M，用于微控制器Atmega128L的存储扩展。无线模块选用CC1101，工作频率为484MHz，用于将应力无线传感器节点的数据通过PCB全向胶棒天线发送到汇聚节点。电源模块采用5V的纽扣电池，体积小，容量大。电阻式压力应变片与信号采集与调理电路相连，微控制器Atmega128L的输出端分别与FLASH外扩存储器AT28C256、无线模块CC1101相连，无线模块CC1101的输出端与PCB全向天线连接，电源模块分别与信号采集与调理电路、微控制器Atmega128L、无线模块CC1101相连。

如图6所示，重物节点与锚节点均由微控制器Atmega128L、FLASH外扩存储器M25P80、无线模块CC1101、PCB全向胶棒天线、电源模块5V纽扣电池构成。相比应力无线传感器节点，由于不需要对外部环境信息进行检测，故节点架构上不需要传感器模块，其余部分与应力无线传感器节点一致。

如图7所示，汇聚节点由微控制器STM32F407、FLASH外扩存储器W25Q16、无线模块CC1101、PCB全向天线、电源模块5V纽扣电池构成。汇聚节点不需要对外部环境信息进行检测，故节点架构上不需要传感器模块。由于汇聚节点接受和预处理应力无线传感器节点和锚节点发来的数据，故其处理数据的能力大于应力无线传感器节点和锚节点，故微控制器选用STM32F407，该芯片低功耗，拥有先进的Cortex-M4内核，存储能力和数据处理能力都优于Atmega128L。FLASH外扩存储器W25Q16容量为16M，用于微控制器STM32F407的存储扩展。无线模块和电源模块与应力无线传感器节点和锚节点一致，都是采用CC1101和5V的纽扣电池。微控制器STM32F407的输出端分别与FLASH外扩存储器W25Q16、无线模块CC1101相连，无线模块CC1101的输出端与PCB全向天线连接，电源模块分别与微控制器STM32F407、无线模块CC1101相连。

如图8所示，首先开启各个节点，节点上电初始化，设定采样频率为1000Hz，并设定时间同步。应力无线传感器和锚节点传感器将数据传送至汇聚节点传感器，汇聚节点传感器对数据进行预处理，再将数据通过USB口传送至工控机。工控机对数据进行分析处理，得出滑轮架外壳的应力大小和位置信息，滑轮支架的外壳应力越大，说明滑轮上的钢丝绳张力越大，滑轮支架处的位置坐标变化越大，说明索塔架受压弯曲变形越严重。通过与设定正常范围数值比对，标记出应力异常点和位置坐标异常点，以此实现对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行状态监测。

(1)在可缠绕式混合驱动并联柔索机器人的操作台外壳上设置与工控机通过USB接口相连的汇聚节点，在索塔支架上的三个滑轮支架外壳上分别设置应力无线传感器节点，三个锚节点作为定位节点呈三角形分布固定在索塔支架正下方的地面上，重物节点固定在变位机上。

(2)采用RSSI三点测距法，通过索塔支架正下方地面上的三个锚节点依次对三个滑轮支架外壳上的应力无线传感器节点和重物节点进行空间位置坐标的确定。各应力无线传感器节点分别对所在滑轮支架外壳处的应力进行检测。

(3)三个锚节点将所在位置坐标信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，同时三个应力无线传感器将所在位置坐标信号和应力信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，重物节点将所在位置坐标信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，由汇聚节点进行预处理，再通过USB接口发送给工控机。

(4)工控机将接受到的位置坐标信号和应力信号进行分析处理，分析重物节点的位置坐标信号可得到重物的位移，速度和及加速度随时间的变化关系，进一步可得到三根柔索在空的间位置随时间的变化关系，根据重物的受力关系可得到：

$\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_i+\stackrel{ur}{G}=m\stackrel{r}{a}---\left(1\right)$

其中，表示第i根柔索的受力；表示重物的重力；m表示重物的质量；表示重物的加速度。

将每根柔索按照三个互相正交的方向进行分解，公式(1)进一步表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{ur}{F}}_i={\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{F}}_{zi}\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{G}}_x=m{\stackrel{r}{a}}_x\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{G}}_y=m{\stackrel{r}{a}}_y\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{zi}+{\stackrel{ur}{G}}_z=m{\stackrel{r}{a}}_z\end{array}\right.---\left(2\right)$

根据公式(2)可求解出任意时刻每根柔索的张力大小。分析应力无线传感器节点的位置坐标信号和应力信号，滑轮支架的外壳应力越大，说明滑轮上的钢丝绳张力越大，滑轮支架处的位置坐标变化越大，说明索塔架受压弯曲变形越严重。通过与设定正常范围数值比对，标记出应力异常点和位置坐标异常点，以此实现对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行状态监测。

Claims (4)

1.可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：包括呈正三棱柱结构的索塔支架，索塔支架周围呈品字形分布有三组混合驱动五连杆缠绕结构，索塔支架三个棱柱顶点顶部分别通过滑轮支架转动安装有滑轮，每个滑轮支架上分别固定有应力无线传感器节点，三组混合驱动五连杆缠绕结构中有柔索一一对应绕过滑轮后再伸入索塔支架下方，且三组混合驱动五连杆缠绕结构的柔索在索塔支架下方通过变位机悬吊有重物，所述变位机外表面固定有重物节点，位于索塔支架正下方的地面上还设置有三个呈三角形分布的锚节点，由三组混合驱动五连杆缠绕结构及其柔索、索塔支架、变位机和重物构成可缠绕式混合驱动柔索并联机器人，还包括设置在外部的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人操作台，可缠绕式混合驱动柔索并联机器人操作台上设置有汇聚节点、工控机，所述汇聚节点通过USB数据线与工控机连接，由汇聚节点、工控机构成运行监测装置。

2.根据权利要求1所述的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：所述应力无线传感器节点由电阻式压力应变片、信号采集与调理电路、微控制器、外扩存储器、无线模块、天线、电源模块构成，电阻式压力应变片和信号采集与调理电路的输入端连接，信号采集与调理电路的输出端与微控制器连接，外扩存储器、无线模块的输入端分别接入微控制器，天线接入无线模块输出端，电源模块分别供电至信号采集与调理电路、微控制器和无线模块。

3.根据权利要求1所述的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测装置，其特征在于：所述重物节点、锚节点和汇聚节点结构相同，均由微控制器、外扩存储器、无线模块、天线、电源模块构成，外扩存储器和无线模块的输入端分别接入微控制器，天线接入无线模块的输出端，电源模块分别供电至微控制器和无线模块。

4.基于权利要求1所述装置的可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行监测方法，其特征在于：应力无线传感器节点对滑轮支架的外壳处应力进行测量，通过锚节点对应力无线传感器节点和重物节点进行定位，应力无线传感器节点的位置数据和应力信息通过无线网络传送至汇聚节点，同时重物节点的位置数据信息通过无线网络传送至汇聚节点，汇聚节点再通过USB接口将数据发送给工控机，过程如下：

(1)在可缠绕式混合驱动并联柔索机器人的操作台上设置与工控机通过USB数据线相连的汇聚节点，在索塔支架上的三个滑轮支架外壳上分别设置应力无线传感器节点，三个锚节点作为定位节点呈三角形分布固定在索塔支架正下方的地面上，重物节点固定在变位机上；

(2)采用RSSI三点测距法，通过索塔支架正下方地面上的三个锚节点依次对三个滑轮支架外壳上的应力无线传感器节点和变位机上的重物节点进行空间位置坐标的确定，各应力无线传感器节点分别对所在滑轮支架外壳处的应力进行检测；

(3)三个锚节点将所在位置坐标信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，同时三个应力无线传感器将所在位置坐标信号和应力信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，重物节点将所在位置坐标信号经无线传感器网络发送给汇聚节点，由汇聚节点进行预处理，再通过USB接口发送给工控机；

(4)工控机将接受到的位置坐标信号和应力信号进行分析处理，分析重物节点的位置坐标信号可得到重物的位移，速度和及加速度随时间的变化关系，进一步可得到三根柔索在空的间位置随时间的变化关系，根据重物的受力关系可得到：

$\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_i+\stackrel{ur}{G}=m\stackrel{r}{a}---\left(1\right)$

其中公式(1)中，表示第i根柔索的受力；表示重物的重力；m表示重物的质量；表示重物的加速度；

将每根柔索按照三个互相正交的方向进行分解，公式(1)进一步表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{ur}{F}}_i={\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{F}}_{zi}\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{xi}+{\stackrel{ur}{G}}_x=m{\stackrel{r}{a}}_x\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{yi}+{\stackrel{ur}{G}}_y=m{\stackrel{r}{a}}_y\\ \underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}{\stackrel{ur}{F}}_{zi}+{\stackrel{ur}{G}}_z=m{\stackrel{r}{a}}_z\end{array}\right.---\left(2\right)$

根据公式(2)可求解出任意时刻每根柔索的张力大小，分析应力无线传感器节点的位置坐标信号和应力信号，滑轮支架的外壳应力越大，说明滑轮上的钢丝绳张力越大，滑轮支架处的位置坐标变化越大，说明索塔架受压弯曲变形越严重，通过与设定正常范围数值比对，标记出应力异常点和位置坐标异常点，以此实现对可缠绕式混合驱动柔索并联机器人运行状态监测。