自由浮动空间双臂机器人系统动力学控制研究

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1、南京航空航天大学硕十学位论文摘要随着空间科技的发展，人类需要在太空中从事的科学研究和探索越来越多，但是太空环境恶劣，送人类到太空的成本昂贵、风险太大，因此空间机器人应运而生，自由浮动的空间机器人因其节省燃料而引起人们的广泛关注。本文主要研究了自由浮动空间双臂机器人系统的运动学特性和动力学控制问题，对这种空间机器人将来投入实际应用做了一些很有价值的理论研究与探讨，具体工作主要有以下几方面：首先，详细分析了自由浮动空间双臂机器人系统在闭链位形下的运动学特性，建立了系统的动力学模型，并运用计算力矩方法

2、和PI控制方法完成了系统的动力学协调控制：然后提出了基于非线性规划的优化算法和引入模拟退火的混合遗传算法，实现了自由浮动空删双臂机器人系统的内力优化控制，并结合仿真实验深入分析了两种优化算法的优劣，优化算法的应用大幅度节省了空间机器人能量消耗，具有重大的现实意义；最后针对自由浮动空间双臂机器人系统存在建模误差的情况，本文提出了单一鲁棒控制方法和鲁棒神经网络控制方法，完成了负载运动轨迹跟踪的仿真实验，证明了这两种控制方法在建模不精确时仍起到良好的控制作用，具有较强的实用价值。本文对自由浮动空间双臂

3、机器人系统的动力学控制方法进行了较深入的研究，实现了系统的动力学协调控制、内力优化控制与鲁棒控制，这将对自由浮动空间机器人技术的进一步研究甚至将来走向实用均起到了积极的推动作用。关键词：自由浮动空间双臂机器人，动力学叻、调控制，内力优化控制，非线性规划，混合遗传算法，鲁棒控制，神经网络白由浮动空间双臂机器人系统动力学控制研究AbstractWiththedevelopmentofspacetechnology，moreandmorescienceresearchandexplorationoft

4、heouterspacewouldbetakenonbymankind．Butduetobadspaceenvironment，highcostandriskofsendingpeopletospace，therequirementsforspacerobotsarebroughtup．Free—floatingspacerobotsaremuchconcernedsincetheyconsumelittlefuel．Thispaperistodealwithkinematicsproperti

5、esanddynamicscontrolofadual-arlnflee-floatingspaceroboticsystemandtocarryonsometheoryresearchanddiscussionfullofgreatapplicationvalue．Firstlythekinematicspropertieswithclose—chainconstraintsofthissystemaredetailed，andthenthewholesystemdynamicsmodelis

6、built．SuccessivelythesystemdynamicscoordinatedcontrolisaccomplishedbythecomputedtorquemethodandthePImethod．Afterthat，twooptimizationapproachesbasedonnon—linearprograrnmingandhybridgeneticalgorithmscombinedwithsimulatedannealingareappliedheretoimpleme

7、nttheinternalforceoptimizationcontrolleadingtotheminimalenergyconsumption，andthenwedeeplyanalyzeadvantageanddisadvantageofthetwoalgorithmsTheapplicationofoptimizationapproachescanseriouslyreducetheenergyconsumptionofthissystemandhasgreatpracticalsign

8、ificance．Atlast，inordertodealwiththeimprecisionofthissystemdynamicsmodel，weadoptsinglerobustcontrolschemeandrobustneuralnetworkcontrolschemerespectivelytotrackthetrajectoryoftheobjectmotionTheefficiencyoftwocontrolmethodsisprovedbycomputersimulation，