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《串联旋转关节空间机器人的动力学仿真系统》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、第卷增刊吉林大学学报工学版年月串联旋转关节空间机器人的动力学仿真系统‘,‘,,‘,,胡松华薛力军徐文福强文义梁斌刘宇哈尔滨,。。工业大学空间智能,工业大学控制科学与工程系哈尔滨哈尔滨系统研究所哈尔滨,,摘要空间机器人由于基座可以自由运动增加了自由度其运动学和动力学模型比地面固,。定基座机器人要复杂得多而且低轨航天器受重力梯度影响较大首先推导了空间机器人的运动学方程,日,一并采用拉格朗方程建立了正动力学模型然后基于牛顿欧拉法推导了空间机器人,,的祸合动力学方程给出了动力学非线性项的数值计算方法还推导了空间机器人在轨运。,,动时的重力梯度力矩最后针对一类串联旋
2、转关节的空间机器人采用模块化设计的思想建立了动力学仿真模型,,利用所建仿真模型对空间机器人的操作任务进行数值仿真分析了重力梯度力矩的影响,提出了减小这些影响的建议。关键词自动控制技术空间机器人动力学仿真系统重力梯度力矩一‘一一中图分类号文献标识码文章编号’一‘,一,一,一‘,,、石,,召、,夕,,、、,、,,夕夕艺一一‘,,。介,,,一空,间机器人系统可以认为是由基座航天器固定基座机器人增加了个自由度这使得系统以下简称基座和其上安装的机械臂组成,由于的运动学和动力学问题变得更为复杂,因此其动,因基座可以自由移动和转动此整个系统比地面力学和运动学建模成为空间
3、机器人的一个研究重收一一稿日期基金项目国家自然科学基金项目作者简介胡松华一,男,一博士研究生研究方向空间机器人动力学建模与控制,增干,」胡等串联旋转关节空间机器人的动力学仿真系统松华。。点目前空间机器人的运动学与动力学建模方法机械臂第杆质心到机械臂末端执行器主要有拉格朗日方法、向量法、虚拟的向量。一厂“」走、,一,,⋯,、一机械臂以及动力学等效机械臂等方法这些连接到的向量走,一,,,运动学与动力学建模方法都只是考虑了理想的无机械臂第杆的质量。⋯,走,,,,重力环境没有考虑轨道运动对空间机器人动力机械臂第杆的惯性张量一。⋯。才一学产生的影响等〕针对一吼,,,
4、,⋯,、任尸火’〕机械臂关节,的实际飞行数据分析发现重力梯度力矩对空间角。机器人的姿态控制有一定的影响和。基座航天器质心位置向量。「等利用重力梯度力矩的影响对。基座航天器的位姿向量一。的惯性参数进行了辨识尸机械臂末端的位姿向量作者结合动量守恒方程得到空间机器人的广走,,,⋯,机械臂第杆质心位置向量义雅可比矩阵,分别采用拉格朗日方程和牛顿欧拉方程得到了系统的正动力学方程和祸合动力学机械臂末端位置向量,方程推导了空间机器人系统所受重力梯度力矩、系统的质心位置向量的影响。基于以上内容建立了一类串联旋转关节走的位置向量空,间机器人动力学仿真模型并用所建模型对空。基
5、座航天器质心速度,间机器人在轨操作进行了仿真最后分析并提出机械臂第杆质心速度了减小重力梯度影响的建议。衬机械臂末端速度。符号定义。基座姿态角速度叭机械臂第杆角速度空间机器人由基座和其上安装的机械臂组鱿机械臂末端角速度。成,图为空间机器人的示意图。下面给出本文二,下。另外定义向量一矩阵函数为用到的一些符号和变量定义一八乙。门口了一一、空间机器人动力学模型推导运动学方程如图所示,可得惯性系下机械臂第杆质心和机械臂末端的位置向量如下‘‘〔〕,。‘‘一一十,艺艺图空间机器人示意图’。’‘丫一艺十艺艺,惯性坐标系、,‘、,‘,⋯,‘,艺基座坐标系、‘,‘,,‘走,,
6、,巨⋯⋯」乏工具坐标系,刀‘、又’一‘,,‘‘尸一‘,⋯,乏机械臂第杆坐标系,一,,,。⋯‘,又‘尹一‘机械臂第杆质心,一,,⋯,。一‘‘走一‘,‘又‘一,,⋯,机械臂第一杆和第杆之间连接的关,‘、一‘,,⋯,省,,,⋯,、、一、则机械臂各杆质心及末端速度角速度可以写成连接到的向量“‘。,,,连接到的向量,一,,⋯,一”,。认」毖〕仁⋯〕〔二〕基座质心到机械臂第一关节的向量··吉林大学学报工学版第卷‘,。‘。厂,’。乱‘。,。。一了。。、“沉‘,式中、、。。。艺」」」。厂。,从马,嵘,,。令一一有“,城」、」,一,,,。,系统势能一拉格朗日欧拉方程可写成全
7、分奋一一下面建立基座位姿与机械臂各关节角之间的录器爵关系。得到空间机器人的动力学方程如下自由漂浮状态下空间机器人不受外力力矩万叮,叮奋女,系统动量角动量守恒,作用假定系统初始动量,其中非线性项如包含科氏力和离心力角动量为零。,,一一了线动量角动量守恒方程如下‘寿了了一艺一。祸合动力学方程,空间机器人各杆件之间动力学相互祸合尤‘’泛‘‘其是机械臂和基座之间的祸合动力学在系统的控一,。户艺一。一,制器设计中有很重要的意义根据牛顿欧拉法,将式代人式可得可以得到空间机器人的机械臂和基座之间的祸合。‘。动力学方程。。,为系统相对于基座质心的角动量因为线动量首先从空间
8、机器人的基座向末端递推其运动,,。。一而一所以可以得到一。学关系综
