《单臂及双臂空间机器人非完整运动规划与控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单臂及双臂空间机器人非完整运动规划与控制（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中文摘要单臂及双臂空间机器人非完整运动规划与控制中文摘要空间技术的发 展使得空间机器人的应用更加 广泛， 特别是自 由 漂浮空间 机器 人 ( F r e e - F l o a t i n g S p a c e R o b o t ) . F F S R由 空 间 载 体 和搭 载 在 其 上的 机械 臂 组 成，能在宇宙空间自由 漂浮并代替宇航员做在轨服务作业。在 F F S R 作业时，空 间载体 位姿无控， 这样可以节省昂 贵的 载体位姿控制燃料。 为了 节省空间科技经费，本文针对自由漂浮空间机器人进行研究。本文在第二章和第四章中， 分别讨论了基于双向逼近法对带滑移铰空间机械 臂系统
2、和双臂空间机器人系统位姿无扰运动的非完整运动学规划问 题。 为此， 以空间机器人系统的动量、 动量矩守恒关系为基础， 转化建立了控制系统设计所需的 状态方程， 并利用L y a p u n o v 直接方法， 来获得满足任务要求的机 械臂关节运动及控制输入规律。通过双向逼近的方式，获取满足任务要求的称合运动轨迹，从而达到对载体姿态及机械臂关节位置的双重控制效果。在第三章中，以 分级 L y a p u n o v 方法为基础， 讨论了 载体 位置、姿态均不受 控制的情况下， 带滑移铰空间 机械臂系统 基于任务优先状况的避障碍分级非完整运动规划问题。 该方法利用系统的非完整动力学性质，以系统动量
3、矩守恒关系及 运动J a c o b i 关系为基础， 来建 立控制系统设计所需的状态方程及控制输出 方程; 然后， 在 L y a p u n o v函 数的 选取上采用分 两级采取的 方式，使双臂空间机器人的两个末端抓手既实现工作空间中的指定位置移动又避开障碍区域。在第五章和第六章中， 对双臂空间机器人系统在惯性坐标系内进行轨迹跟踪控制问 题进行研究。 首先， 在第五章中， 采用罗 伯森一维腾堡方法建立双臂空间 机器人系统动力学方程。 然后， 在第六章中， 以 第五 章推导的动力学方程为基础，用计算力矩法对双臂空间机器人系统在惯性坐标系内进行轨迹跟踪控制。关 键词: 自由漂浮空间机器人，运
4、动规划， 避障 碍，罗伯森一 维腾堡方法，计算力矩法英文摘要N o n h o l o n o mi c mo t i o n p l a n n i n g a n d c o n t r o l o f o n e -a r m a n d d u a l - a r m s p a c e r o b o t s y s t e msAb s t r a c tW i t h d e v e l o p m e n t o f s p a c e t e c h n o l o g y , s p a c e r o b o t s e s p e c i a l l y t o f r
5、 e e - fl o a t i n gs p a c e r o b o t s ( F F S R ) a r e a p p l i e d w i d e l y . T h e F F S R i s m a d e o f a s p a c e v e h i c l e a n d m a n i p u l a t o r s f i x e d o n t h e s p a c e v e h i c l e . I t c a n fl o a t fr e e l y i n s p a c e a n d t a k e t h e p l a c eo f a
6、s t r o n a u t s t o w o r k o n o r b i t s . T h e s p a c e v e h i c l e i s n o t c o n t r o l l e d a t w o r k , s o t h e f u e lu s e d t o c o n t r o l t h e v e h i c le l o c a t i o n a n d o r i e n t a t i o n c a n b e s a v e d . I n o r d e r t o s a v e t h eo u t l a y o f s p
7、 a c e s c i e n c e a n d t e c h n o lo g y , t h e p a p e r w i l l d i s c u s s ma i n l y f r e e - fl o a t i n gs p a c e r o b o t s .I n t h e s e c o n d a n d f o rt h c h a p t e r s , n o b a s e - d i s t u r b a n c e n o n h o l o n o m i c m o t i o np l a n n i n g o f t h e s p
8、a c e r o b o t s y s t e m w i t h p r i s m a t i c j o i n t a n d t h e d u a l - a r m s p a c e r o b o ts y s t e m i s d i s c u s s e d v i a t h e b i - d i r e c t i o n a l a p p r o a c h . Wi t h t h e l i n e a r a n d a n g l em o m e n t u m c o n v e r s a t i o n , t h e s y s t e
9、 m s t a t e e q u a t i o n s f o r c o n t r o l a r e g a i n e d . A n d t h e n T h r o u g h t h e L y a p u n o v a p p r o a c h , t h e i n p u t l a w o f t h e m a n i p u l a t o r j o i n t m o t i o n a n d c o n t r o l f o r w o r k i s r e c e i v e d . V i a t h e b i - d i r e c t
10、 i o n a l a p p r o a c h , t h e s y n t h e s i z e dt r a j e c t o r y i s f o u n d s o t h a t t h e v e h i c l e o r i e n t a t i o n a n d t h e ma n i p u l a t o r j o i n t l o c a t i o nc a n b e c o n t r o l l e d .B a s e d o n t h e h i e r a r c h i c a l L y a p u n o v a p p r
11、 o a c h , t h e h i e r a r c h i c a l n o n h o l o n o m i c m o t i o n p l a n n i n g f o r o b s t a c l e a v o i d a n c e o f t h e s p a c e r o b o t s y s t e m w i t h p r i s m a t i c j o i n ti s d i s c u s s e d i n t h e t h i r d c h a p t e r . T h e h i e r a r c h i c a l L
12、y a p u n o v a p p r o a c h u t i l i z e s t h en o n h o l o n o mi c n a t u r e . Wi t h t h e mo m e n t u m c o n v e r s a t i o n a n d t h e J a c o b i a n m a t r i x , t h es y s t e m s t a t e e q u a t i o n s a n d t h e c o n t r o l o u t p u t e q u a t i o n s f o r c o n t r o
13、 l d e s i g n a r ee s t a b l i s h e d . A n d t h e n t h e p r i m a r y a n d s e c o n d a ry L y a p u n o v f u n c t i o n s a r e s e le c t e d t oa c h i e v e t h e e n d e f e c t o r i m p l e m e n t s t h e s p e c i f i c m o v e m e n t a n d r e a l i z e s o b s t a c l ea v o
14、i d a n c e.I n t h e f i f t h a n d s i x t h c h a p t e r , t r a j e c t o ry t r a c k i n g c o n t r o l i n i n e rt i a s p a c e o f t h ed u a l - a r m s p a c e r o b o t s y s t e m i s s t u d ie d . F i r s t , t h e d y n a m i c e q u a t i o n s a r e d e r i v e dt h r o u g h t
15、 h e R o b e r s o n - W i tt e n b u r g f o r m u l a t i o n i n t h e f i f t h c h a p t e r . A n d t h e n i n t h es i x t h c h a p t e r , t r a j e c t o r y t r a c k i n g c o n t r o l i n i n e rt i a s p a c e i s r e a l i z e d v i a t h e c o m p u t e d1 1中 文 摘 要t o r q u e me t
16、h o d b a s e d o n t h e d y n a m i c e q u a t i o n s f o r m u l a t e d i n t h e f i ft h c h a p t e rK e y wo r d s : F r e e - f l o a t 亩 n g s p a c eOb s t a c l e a v o i d a nc er o b o t , M o t i o n p l a n n i n g ,C o mp u t e d t o r q u e me t h o d ,R o b e r s o n - Wi t t e n b u r g f o r mu l a t i o nI I I单臂及双臂空间机器人非完整运动规划与控制第一章绪论引言从古至今， 人类从来没有间断 对宇宙 未知事物的探索， 特别是对地球以 外的太空。 更是遥不可及。 随着现代科学技术的迅猛发展， 人 类遨游太空的梦想逐渐 变为现实。1 9 6 1 年4 月1 2 日， 世界上第一名宇航员加加林乘飞船在太空环绕地球一圈， 历时 1 0
