空间机械臂非线性动力学及控制

本文建立空间机械臂系统非完整约束方程及非一性动力学方程。利用逐次近似法讨论了机械臂结构弹性对负载位姿的影响，提出消除弹性影响的控制方法。运用Ｐｏｎｔｒｙｕａｇｉｎ极值原理寻求最小控制力矩及抑制弹性振动的控制规律，数值模拟结果表明本文提出方法的有效性。     

空间机械臂逆动力学的Liapunov方法

讨论了空间机械臂的逆动力学问题，指出了系统的非完整约束性质．以铰转角为变量的Ｌｉａｐｕｎｏｖ方法由于理论缺陷导致实践中出现计算死点而难以实际应用．文中提出以臂端载荷位形为变量的Ｌｉａｐｕｎｏｖ方法并给出算例，可以保证载荷向预定位形转移的渐近稳定性     

航天机械臂逆动力学的完全笛卡尔坐标方法

运用多体系统完全笛卡尔坐标方法研究安装在航天器上的刚性机械臂平面运动逆动力学问题,建立自由漂浮状态下系统的一阶微分方程组,通过算例求出各坐标及转角变化规律．     

漂浮载体上机械臂的工作空间

本文讨论载于航天器的机械臂的工作空间问题，导出机械臂位形计算的普遍公式。对不同载体控制方案的机械臂工作空间进行分析和对比，并提出了为扩大工作空间的机械设计原则，最后讨论了负载对工作空间的影响。     

空间机械臂抓取负载时最小冲击的研究

本文讨论空间机械臂冲击动力学问题,建立捕获得过程冲击动力学方程。导出负载质量,机械臂相对围角与碰撞冲量的关系,得到抓手在捕获过程所受冲击最小的系统铰空间位形,文中附有数值曲线。     

空间机械臂动力学与控制研究进展

综述了近年来国内外在空间机械臂动力学与控制研究领域内的最新进展．包括路径规划的逆动力学、挠性影响、自适应控制及最优控制,以及工作空间等方面的研究状况和展望      

可变结构空间桁架机械臂的动力学建模

可变结构空间桁架机械臂由于具有高承载比和工作空间大等优点,有可能成为下一代空间机械臂的替代形式．本文对可变结构空间桁架机械臂的动力学问题进行建模研究,首先简要介绍了桁架机械臂系统的结构形式,然后采用笛卡尔坐标和变分原理建立系统的动力学模型,其中杆件的转动采用卡尔丹角进行描述,最后通过与ADAMS软件的计算结果对比验证本文所建模型的正确性．     

浮动基座空间机械臂系统的动力学建模与惯性轨迹跟踪的滑模控制

本文利用多刚体系统动力学方法对载体位置、姿态均不受控制的浮动基空间机械臂系统的运动学、动力学作了分析,并结合系统的动量与动量矩守恒关系建立了系统的动力学方程及运动的广义Jacobi关系。以此为基础,对空间机械臂末端抓手追踪惯性空间期望轨迹的控制问题作了研究。考虑到空间机械臂系统的结构复杂性及某些参数（如液体控制燃料的数量）的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构滑模控制理论,设计了轨迹跟踪控制的变结构滑模控制方案。此控制方案的优点在于：在操作过程中不需要对空间机械臂载体的位置、姿态进行主动控制,因此将大大减少位置、姿态控制装置的燃料消耗。通过对平面三杆自由浮动空间机械臂系统的仿真计算,证实了文中提出的变结构滑模控制方案的有效性。     

柔性机械臂系统逆动力学及驱动规律的研究

研究了柔性机械臂系统的逆动力学问题及其联接铰驱规律。在柔性多体系统动力学单向递推组集建模方法的基础上,建立了树形及含闭环的柔性多体系统正逆动力学问题同时计算的等价公式。通过一空间机械臂的数值仿真,讨论了构件的柔性效应对系统的驱动力（矩）及实际运动规律的影响。     

柔性机械臂动力学方程单向递推组集方法

本文基于Jourdain变分原理提出一种柔性机械臂动力学方程的单向递推组集方法。用规则标号法描述系统中物体和铰的邻接关系;用铰相对坐标和模态坐标分别描述物体的大位移运动和弹性变形。文末以三连杆机器人操作手为例说明本文建模的过程。     

完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学

用完全笛卡尔坐标描述多体系统的运动学和动力学在提高计算效率方面有突出优点．导出用完全笛卡尔坐标表示的刚体及多体系统的动量和动量矩的解析式，给出与之对应的广义惯量矩阵概念，建立无力矩状态下用完全笛卡尔坐标描述的多体系统动力学的一阶微分方程组，用于多体航天器的姿态运动分析     

变结构多刚体系统的动力学问题

本文深入地研究了多刚体系统结构变化的动力学问题,建立下相应的数学模型,讨论了有关的数字仿真,并给出了一个算例,结果是满意的,对所论课题,本文工作同以往相比更准确完整,更便于计算机编程。     

漂浮基空间机械臂关节轨迹跟踪的增广鲁棒控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机械臂系统的控制问题.基于增广变量法,解决了空间机械臂系统的控制方程关于系统惯性参数的非线性化问题;保持了控制方程关于系统惯性参数的线性关系.在此基础上,针对系统载荷参数不确定的情况,提出了关节空间轨迹追踪的增广鲁棒控制方法,并应用Lyapunov直接方法证明了提到的控制方案能使系统满足渐近稳定性条件.通过仿真运算,证实了方法的有效性.     

基于非递推公式的机械臂正动力学的并行计算策略

利用Ｊｏｕｒｄａｉｎ原理来消除约束反力，并通过引入Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子释放约束，得到了机械臂正动力学非递推形式的计算模型．由于在这种模型中引进了一些冗余计算，因此减弱了方程中各计算量之间的依赖性，从而提高了模型的内在并行性．为了尽量减少并行计算所需处理器的数目，本文采用了求解规模缩减技术，并基于这个模型提出了一种面向Ｏ（ｎ）个处理器的机械臂正动力学的并行计算策略．最后以ＰＵＭＡ５６０机器人的前三个臂为例进行了计算效率分析     

DYNAMICS MODELING AND EXPERIMENT OF A FLEXIBLE CAPTURING MECHANISM IN A SPACE MANIPULATOR 1)

柔性捕获机构是空间机械臂的关键性部件, 对空间在轨服务过程中的抓捕操作起着至关重要的作用. 捕获机构的原理分析与仿真建模工作对在轨捕获工况预测分析和任务规划有着重要的应用价值. 本文以空间机械臂的末端柔性捕获机构为研究对象, 建立了柔性捕获机构软捕获过程的动力学仿真模型. 考虑了软捕获过程中柔性绳索的空间构型和大变形特性, 采用绝对节点坐标方法建立了三维空间柔性绳索单元, 并通过引入一圆柱参考坐标系来建立柔性绳索与目标适配器端刚性捕获杆的接触碰撞模型. 为满足三维运动工况验证, 搭建了纯被动边界条件的悬吊实验, 通过对比软捕获过程中被捕获目标的运动信息和受力信息, 验证了模型的准确性. 实验结果表明该模型能够有效地模拟在轨捕获任务中柔性机构软捕获阶段的动力学行为, 可以用于后续与空间机械臂联合仿真任务预测以及作为地面气浮台二维试验的必要补充. 此外, 针对在轨任务中的舱外状态巡检和漂浮目标捕获两种典型工况, 进行了机械臂捕获动力学联合仿真分析, 在给定条件下成功完成软捕获阶段的操作.     

黎曼位形空间中约束多体系统的动力学分析

在黎曼位形空间中研究了约束多体系统的动力学问题．通过对约束矩阵的奇异值分解和修正的Ｇｒａｍ Ｓｃｈｍｉｄｔ过程构造了系统流形的法向和切向子空间的正交归一化基，将系统的动力学方程沿这双基进行投影，得到了求系统动力学响应的新型公式，给出了其数值分析的一种方法，并举了算例．     

带滑移铰空间机械臂的分解运动速度控制

讨论具有滑移铰的三刚体空间机械臂的逆动力学问题,给出了机械臂末端运动速度与关节铰速度变量之间的运动Jacobi关系,并以此为基础讨论了空间机械臂的分解运动速度控制方法。通过仿真运算,证实了方法的有效性。