基于关节驱动力矩的自由飞行空间机器人捕捉目标控制算法

《基于关节驱动力矩的自由飞行空间机器人捕捉目标控制算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第uu卷第v期机器人ΡΟΒΟΤ∂²¯quuo²qvusss年x月¤¼ousss文章编号}tssu2swwykussslsv2styt2s{基于关节驱动力矩的自由飞行空间机器人捕捉目标控制算法α李华忠洪炳熔唐好选k哈尔滨工业大学计算机科学与工程系txssstl摘要}本文研究了自由飞行空间机器人kƒƒ≥l关节驱动力矩的求解算法及在其基础上的捕捉目标控制算法q首先o建立了计算ƒƒ≥关节驱动力矩的求解算法~其次结合基于广义雅可比矩阵的分解运动速度控制法提出了一种捕捉目标的力矩控制算法~最后o计算机仿真验证了本文提出算法的有效性q关键词}自由飞行空间机器人~关节驱动力矩

2、~广义雅可比矩阵~分解运动速度控制~计算机仿真中图分类号}×°uw文献标识码}1引言自由飞行空间机器人kƒƒ≥l控制问题主要表现在捕捉目标时的运动控制问题和随即而产生的姿态控制问题q目前oƒƒ≥的控制方式主要分成w类}ktl采用装载在卫星上的喷气装置来补偿机械手对卫星位姿的干扰作用o保持卫星位姿的稳定o从而可直接利用地面机器人的控制技术q此方法在计算确保卫星静此所需推进器反作用力的同时规划机械手的时间最优作业轨迹≈t qkul采用喷气装置或反作用飞轮仅控制卫星的姿态而不控制其位置q此方法由反作用装置提供保持卫星姿态稳定所需的动量或力矩≈u q•¤¯®¨µ等人设

3、计的自适应控制器可以实现末端效应器轨迹的全局稳定跟踪≈v qkvl卫星不受控o可在机械手运动影响下自由调整位姿q°¨·¤±¬和≠²¶«¬§¤提出了基于广义雅可比矩阵kl的分解运动速度控制k≤l算法≈w q¯¨¬¤±§¨µ等人提出了基于分解加速度的控制方法o并成功地控制了浮游在测试平台上的≈x uƒ平面机械手qkwl采用推进器使ƒƒ≥达到期望的位置和姿态o完成工作空间无限制的作业任务≈y q°¤³¤§²³∏¯²¶等人提出了一种ƒƒ≥的协调控制方案o其优点允许规划ƒƒ≥的运动以避免与障碍物碰撞o确保以卫星的有利位姿控制末端效应器运动q本文主要研究了基于关节驱动力矩

4、的ƒƒ≥动力学建模及其基础上的捕捉目标控制算法≈z q首先o建立了计算ƒƒ≥关节驱动力矩的有效递推算法~其次结合基于广义雅可比矩阵kl的分解运动速度控制k≤l法提出了一种捕捉目标的力矩控制算法~最后o计算机仿真验证了本文提出算法的有效性q2ΦΦΣΡ关节力矩计算公式本文中的符号均采用论文≈z 中的约定o给出有关ƒƒ≥的关节驱动力矩递推计算公式}α基金项目}国家高科技航天领域项目}{yvpupwptpwq收稿日期}t

5、

6、{psupuxtyu机器人usss年x月211ƒƒ≥速度分析递推公式设卫星本体的速度为Τs而角速度为Ξso根据ƒƒ≥相邻两连杆之间运动学关系o可将

7、连杆角速度ιιιΞι!关节速度παι和质心速度ραι表示两部分o一部分与卫星本体速度有关~而另一部分可用递推算法获得ιιbΤΞιΞιnΡιΞsktl其中ιbΞι满足sιιαιptbΞssobΞιΡιptkΗικιnbΞιptlkulqιιΤπαιπθιnΡιkΤsnΞs≅πslkvlq其中ι满足πθιqqØsιιιptιιptπθssoπθιbΞι≅λιnΡιptπθιptkwlØιιΤραιλριnΡιkΤsnΞs≅ριlkxl#其中ι满足λρι}ØqιιιιλριbΞι≅βιnπθιkyl而卫星本体的速度Τs!角速度Ξs可用下式求出}ptptΤsΜtΛΤo

8、ΞsΜuΛΞkzlν其中ΜkΡΤυυt§¬¤ªkμχoμχoμχloΜuΕιΙιΡιpμιριριlk{lιtννØqιιιΛΤpΕΡιμιλριoΛΞpΕ≈ΡιΙιΞθιnρι≅kΡιμιλριl k

9、lιsιs2q2ΦΦΣΡ加速度分析递推公式设卫星本体的加速度和角加速度在惯性坐标系ΕΙ表示为Αs和Εso类似地o可将各连杆的角加速度ιΕι!关节点的加速度ιΑι和质心的加速度分解成两部分o一部分与卫星本体的加速度有关o另一部分可用递推算法获得}ιιιγΤΕιΞαιΕιnΡιΕsktsl其中sγιιβιptαιptγΕssoΕγιΡιptkΗικιnΞιpt≅Η

10、ικιnΕιptlkttlιιιΤΑιπβιΑλιnΡιkΑsnΕs≅πιlktulsΤΑλsΡskΞs≅ΤsnΞs≅Ξs≅πsl其中ιιγιptιιιptιιptktvlΑλιΕι≅λιnΞι≅kΞι≅λιlnΡιptΑλιptιιιΤΑχιρβιΑλχιnΡιkΑsnΕs≅ριlktwlsΤsΑλχsΡs≈Ξs≅kΞs≅βsl nΑλs其中ιιγιιιιιktxlΑλχιΕι≅βιnΞι≅kΞι≅βιlnΑλι而卫星本体的加速度Αs和角加速度Εs可用下式求出}ptptΑsΜtΦΑoΕsΜuΦΧktyl其中矩阵Μt和Μu与k{l式中的相同ννιθιιθΦΑp

11、ΕΡιφιoΦΧpΕ≈Ρινλιnρι