双臂空间机器人系统动力学与关节运动的非线性反馈控制

《双臂空间机器人系统动力学与关节运动的非线性反馈控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第3期福州大学学报(自然科学版)Vo1．34No．32006年6月JournalofFuzhouUniversity(NaturalScience)Jun．2006文章编号：1000—2243(2006)03—0370—04双臂空间机器人系统动力学与关节运动的非线性反馈控制葛景华，陈力(福州大学机械工程与自动化学院，福建福州350002)摘要：利用拉格朗日方程建立了漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程，给出了载体位置、姿态均不受控制情况下，双臂空间机器人关节运动的非线性反馈控制规律．结果表明，

2、在系统动力学模型及参数较精确确定情况下，本文提出的控制方案能够有效地控制双臂空间机器人系统完成关节空间的指定运动，而不需对其载体的位置、姿态进行主动控制．仿真计算结果证实了方法的有效性．关键词：双臂空间机器人系统；动力学；非线性反馈控制中豳分类号：TP242文献标识码：ADynalmcsandnonlinearfeedbackcontrolofjointmotionforthedual——armspacerobotGEJing—hua，CHENLi(CoUegeofMechanicalEngineeringandAutomation，FuzhouU

3、niversity，Fuzhou，Fuji~350002，China)Abstract：Thedynamicsofthefree—·floatingdual—-armspacerobotisestablishedbyuseoftheLagrange’Sequation．Basedonthedynamics，thenonlinearfeedbackcontrolforthedual—arnlspacerobotisproposed．Itisprovedthatthedynamicsmodelandparametersareaccuratelyknow

4、n，theproposedcontrolschemecanefectivelycontrolspacemanipulatortocompletethedesiredmotion，withoutcontrol-lingthebase’Spositionandattitudeofthespacerobot．Itisdemonstratedbythesimulationthatthepro—posedschemeiseficient．Keywords：dual—annspacerobotsystem；dynamics；nonlinearfeedbackc

5、ontrol空间机器人是国际空间站的组装及太空望远镜的维修工作中不可缺少的重要工具．空间机器人系统的主要特点在于，其载体自由漂浮，位置、姿态控制系统在不需调整载体位置、姿态时处于关闭状态，机械臂与载体之间存在强烈的动力学耦合作用，且整个系统遵守动量及动量矩守恒关系，这使得空间机器人系统的动力学与控制问题变得非常复杂¨】．考虑到单臂空间机器人系统负载及定位精度有限，双臂、多臂空间机器人系统的使用和研究已受到人们的关注．本文讨论了双臂空间机器人系统的动力学与控制问题．首先，利用拉格朗日第二类方程建立了漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程；在此基础上，基

6、于地面机器人中成熟的控制技术，研究了载体位置、姿态均不受控制情况下，双臂空间机器人关节运动的非线性反馈控制规律．研究结果表明，在空间机器人系统动力学模型及参数较精确确定情况下，地面机器人的相关控制技术能够有效地推广、应用到双臂空间机器系统．此控制方案的优点在于，不需对空间机器人载体的位置、姿态进行主动控制，从而有效地减少了载体姿态控制燃料的消耗，延长了空间机器人的在轨使用寿命．系统数值仿真证实了方法的有效性．1系统动力学方程漂浮基空间机器人系统为无根多体系统，自由漂浮平面双臂四杆空间机器人系统如图1所示．设空间机器人系统由自由漂浮的载体B。及机械臂

7、B。，B，B，B组成．建立各分体(=0，1，2，3，4)收稿日期：2005—09—08作者简介：葛景华(1976一)，男，硕士；通讯联系人：陈力，教授．基金项目：福建省自然科学基金资助项目(项目编号：E0410008)；国家自然科学基金资助项目(项目编号：10372022)维普资讯http://www.cqvip.com第3期葛景华，等：双臂空间机器人系统动力学与关节运动的非线性反馈控制‘371‘的主轴坐标系(0一xly)，并设(i=1，2，3，4)为轴的基矢量，其中：0。与B。的质心0重合，0。，0，03，0．分别为连接B。与B。、B与B。、曰3

8、与B。、B，与B．的转动铰中心，(i=1，2，3，4)为机械臂的对称轴．设0。在0。；。轴上与0。的0，距离为z。，B(i