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1.
讨论载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机器人系统的控制问题.首先导出了空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程.之后借助于增广变量法,证明可以将上述系统动力学方程及系统增广广义Jacobi矩阵分别表示为一组适当选择的组合惯性参数的线性函数.以此为基础,根据具有较强鲁棒性的变结构滑模控制理论,设计了一种空间机器人惯性空间期望轨迹跟踪的改进变结构滑模控制方案.与传统变结构滑模控制相比,所提控制方案通过一次离线预估控制律中相关矩阵元素的上下限,从而避免了实时控制过程中重复计算系统动力学方程中科氏力、离心力项的麻烦,因此有效减少了计算量,更适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统实时应用.仿真运算,证实了方法的有效性.  相似文献
2.
双臂空间机器人相对载体运动的增广自适应控制方法   总被引:1,自引:0,他引:1  
洪昭斌  陈力 《力学季刊》2007,28(3):375-381
本文讨论了载体位置、姿态均不受控制情况下,漂浮基双臂空间机器人末端爪手基联坐标系内轨迹跟踪的自适应控制问题.系统运动学、动力学分析结果表明,结合系统动量守恒关系得到的双臂空间机器人系统动力学方程,可以表示为一组新的适当选择的系统组合惯性参数的线性函数;从而克服了惯常的空间机器入系统动力学方程,关于系统惯性参数呈非线性函数关系的难点.以此为基础,并借助于增广变量法,针对双臂空间机器人末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了漂浮基双臂空间机器人末端爪手基联坐标系内轨迹跟踪的增广自适应控制方案.提出的控制方案具有不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度的显著优点.系统数值仿真,证实了方法的有效性.  相似文献
3.
双臂空间机器人系统末端惯性空间轨迹的反馈跟踪控制   总被引:1,自引:0,他引:1  
葛景华  陈力 《力学季刊》2007,28(3):455-460
本文讨论了载体位置不受控制的双臂空间机器人系统的载体姿态与机械臂末端抓手协调运动的控制问题.结合系统的动量守恒关系对双臂空间机器人系统的运动学、动力学作了分析,推导出了系统的载体姿态与机械臂末端抓手协调运动的增广广义Jacobi关系.并以此为基础,给出在载体位置不受控制的情况下,惯性坐标系内双臂空间机器人系统的载体姿态与机械臂末端抓手协调运动的反馈跟踪控制规律.研究结果表明,在系统动力学模型及参数较精确确定的情况下,本文提出的控制方案能够有效地控制双臂空间机器人机械臂的末端抓手与载体姿态准确地完成指定的运动,而不需对其载体的位置进行主动控制.仿真计算结果证实了方法的有效性.  相似文献
4.
The study of free-floating manipulators is important for the success of robotics program in space and in the design of innovative robot systems which can operate over a large workspace. In order to study the fundamental theoretical and experimental issues encountered in space robotics, a closed-chain planar manipulator was built at Ohio University (OU) which floats on a flat table using air bearings. Due to the absence of external forces in the plane of the table and couples normal to this plane, the linear momentum in the plane and the angular momentum normal to this plane are conserved. It is well known that the linear momentum equations are holonomic while the angular momentum equation is nonholonomic. Due to this nonholonomic behavior, the path-planning schemes commonly used for fixed-base manipulators do not directly apply to free-floating manipulators. In this paper, we present an algorithm for motion planning of planar free-floating manipulators based on the inverse position kinematics of the mechanism. It is demonstrated that the inverse position kinematics algorithms, commonly used for fixed-base manipulators, can be successfully applied to free-floating manipulators using an iterative search procedure to satisfy the nonholonomic angular momentum constraints. This procedure results in paths identical to those predicted by inverse rate kinematics. The inverse position kinematics algorithm is then used to avoid singularities during motion to result in successful paths. The results of the simulation of this algorithm using parameter estimates of the OU free-floating robot are presented.  相似文献
5.
A dynamics-based adaptive control approach is proposed for a planar dual-arm space robot in the presence of closed-loop constraints and uncertain inertial parameters of the payload. The controller is capable of controlling the po- sition and attitude of both the satellite base and the payload grasped by the manipulator end effectors. The equations of motion in reduced-order form for the constrained system are derived by incorporating the constraint equations in terms of accelerations into Kane's equations of the unconstrained system. Model analysis shows that the resulting equations perfectly meet the requirement of adaptive controller design. Consequently, by using an indirect approach, an adaptive control scheme is proposed to accomplish position/attitude trajectory tracking control with the uncertain parameters be- ing estimated on-line. The actuator redundancy due to the closed-loop constraints is utilized to minimize a weighted norm of the joint torques. Global asymptotic stability is proven by using Lyapunov's method, and simulation results are also presented to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.  相似文献
6.
谢立敏  陈力 《力学学报》2012,44(6):1057-1065
讨论了漂浮基柔性空间机器人系统的动力学建模、运动控制算法设计以及关节、臂双重柔性振动的分级主动抑制问题.利用系统动量、动量矩守恒关系和拉格朗日-假设模态法对系统进行动力学分析,建立系统动力学方程.基于奇异摄动法,将系统分解为表示系统刚性运动部分的慢变子系统,表示由柔性臂引起的系统柔性运动部分的快变子系统1和表示由柔性关节引起的系统柔性运动部分的快变子系统2.针对慢变子系统提出一种鲁棒控制方法来补偿系统参数的不确定性和柔性关节引起的转动误差,实现系统期望运动轨迹的渐近跟踪:针对快变子系统1采用线性二次型最优控制器来抑制由柔性臂引起的系统柔性振动;针对快变子系统2设计了基于机械臂和电机转子的转角速度差值的反馈控制器来抑制由柔性关节引起的系统柔性振动.因此,系统的总控制律为以上3个子系统控制律的综合.最后通过仿真实验证明了所提出的混合控制方法的有效性.  相似文献
7.
 研究了在轨服务欠驱动空间柔性机器人的广义递推高效动力学算法. 根据系统中铰的驱动情况分别对铰链定义为主动铰和被动铰,通过判断铰链的类型分别按照两次从系统的顶端到基座的顺序、一次从基座到顶端的顺序进行了系统铰接体惯量的递推、系统冗余力的递推和广义加速度和广义主动力的递推. 通过上述3 种方式的递推过程建立了空间机器人广义递推动力学模型,实现了高效率O(n) 次的计算效率. 然后采用线性多步积分算法,对所建立的微分-代数方程进行了快速的数值求解. 最后通过软件编制仿真验证了本研究内容的正确性和高效性.  相似文献
8.
 在载体位置与姿态均不受控制情况下,结合动量(矩)守恒关系对系统进行了运动学、动力 学的分析,得到了漂浮基双臂空间机器人的系统动力学方程. 采用PD控制的计算力矩法,得 到了系统的闭环动态误差方程,在此基础上设计了针对不确定性的自由漂浮空间机器人的控 制方案,提出了一种基于遗传算法的补偿学习控制方法. 将补偿学习控制与计算力矩法相结 合,利用遗传算法的进化学习消除不确定因素的影响,实现机器人轨迹跟踪的良好控制.  相似文献
9.
本文讨论了载体姿态受控、位置不受控制的双臂空间机器人系统的控制问题.利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,建立了双臂空间机器人系统的非线性系统动力学模型.以此为基础,考虑到空间机器人系统结构的复杂性及其某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构控制理论,设计了双臂空间机器人载体姿态与两机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的滑模变结构控制方案.为了克服滑模变结构控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以便根据系统的输出来动态调节滑模变结构控制器等速趋近率的系数,从而既确保了系统的快速响应而又消除了原有的抖振.系统数值仿真,证明了上述控制方案良好的控制效果.  相似文献
10.
基于Legendre伪谱法研究自由漂浮空间机器人非完整路径规划的最优控制问题。自由漂浮是空间机器人执行任务常用的工作模式,其路径优化是空间机器人完成复杂空间任务的基础。由于空间机器人不具有固定基座,机械臂和载体之间存在非完整约束,使得自由漂浮空间机器人路径规划完全不同于地面机器人而变得具有挑战性。本文提出自由漂浮空间机器人路径规划的最优控制伪谱方法。首先,利用多体动力学理论建立自由漂浮空间机器人动力学模型,给定系统的初始和目标位形,选取机械臂关节耗散能最小为性能指标,并考虑实际控制输入受限,建立其路径规划的 Bolza 问题。然后,应用 Legendre 伪谱法,将状态和控制变量在Legendre-Gauss-Lobatto (LGL)点上离散,并构造 Lagrange 插值多项式逼近系统状态和控制变量,将连续路径优化问题离散化为非线性规划问题求解。最后通过数值仿真表明,应用Legendre伪谱法求解自由漂浮空间机器人非完整路径规划问题,得到的机械臂和载体最优运动轨迹,较好地满足各种约束条件,且计算精度高、速度快,并具有良好的实时性。  相似文献
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