導語
在海上補給與海洋工程作業中，繩驅波浪運動補償裝置需要在強擾動、低阻尼環境下實現高精度位姿控制與軌跡跟蹤。針對這一挑戰，山東大學教研究團隊提出了一種新的控制方法，并通過室內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支撐。
一、研究背景：繩驅波浪運動補償裝置的究
繩驅并聯機器人在海上補給、海洋工程等場景中具有負載大、工作空間靈活等優勢，但同時也面臨強擾動、執行器飽和以及結構低阻尼帶來的控制難題。
山東大學（威海）陳原教授團隊在 Information Sciences 期刊發表論文 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模控制方法，實現了有限時間收斂、振動抑制與軌跡跟蹤的統一設計。主要創新點包括：
構建基于端口-哈密頓理論的控制框架，同時考慮加速度約束與執行器飽和問題；
設計協同控制結構，將滑模控制輸入與阻尼調制相結合；
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；
設計有限時間級聯觀測器，用于抑制傳感器噪聲并快速重構擾動。
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數據來源。
三、實驗驗證
1、室內實驗系統
在室內實驗中，研究團隊搭建了 1:10 縮比的五自由度八繩波浪補償樣機，并由六自由度并聯平臺模擬船舶運動。
實驗系統集成了 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據，作為控制器閉環反饋及性能評估的基準，為繩驅波浪運動補償裝置的軌跡跟蹤控制提供可靠的數據支持。
2、海上實驗驗證
在室內實驗條件下，基于 NOKOV 度量動作捕捉獲取的位姿數據，研究團隊對不同控制方法進行了對比分析。結果表明，在相近控制能耗條件下，本文方法的 ITAE 指標降低約 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 風速擾動條件下，系統位置與姿態跟蹤誤差平均降低 55% 以上，驗證了控制方法在實際工程環境中的穩定性與可部署性。
四、應用場景分析：面向海洋工程
該研究成果適用于海上補給、海洋工程裝備、懸掛式繩驅并聯機器人等多種應用場景。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果可信度，為工程化部署提供可靠依據。
五、結論：NOKOV 度量動作捕捉的關鍵作用
綜上所述，山東大學陳原教授團隊提出的繩驅波浪運動補償控制方法在室內與海上試驗中均取得良好效果。
在整個實驗驗證過程中，NOKOV 度量動作捕捉持續為系統提供高精度、實時的三維位姿數據，成為連接理論控制方法與工程驗證的重要橋梁，也充分體現了動作捕捉技術在機器人與海洋工程控制研究中的核心價值。
六、關于繩驅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： 該研究針對繩驅波浪運動補償裝置在強擾動、低阻尼環境下的控制難題，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用領域？
A2： 該成果主要面向海上補給與海洋工程場景，適用于繩驅并聯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據？
A3： 研究團隊在室內實驗中引入了 NOKOV 度量動作捕捉系統，獲取高精度三維負載位姿數據，用于控制閉環反饋與性能評估。
Q4：度量動作捕捉在該領域中起到什么作用？
A4： 在繩驅波浪補償研究中，度量動作捕捉為控制算法提供真實、精確的位姿基準數據，是連接理論方法與工程驗證的重要技術手段。
七、論文信息
山東大學（威海）陳原教授團隊在Information Sciences期刊發表題為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，山東大學低空科學與工程學院碩士生。主要研究方向：繩驅動并聯機器人的設計與控制
隋瑞浩，山東大學低空科學與工程學院碩士生。主要研究方向：繩驅動并聯機器人的設計與控制
陳原（通訊作者），山東大學機電與信息工程學院副院長、教授。主要研究方向：機器人機構學與運動控制
