冗余空间机器人基座姿态调整的笛卡尔路径规划-论文.pdf

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1、第36卷第1期指挥控制与仿真Vol_36No．12014年2月CommandControl&SimulationFeb．2014文壹编号：1673—3819(2014)O1—0030—06冗余空间机器人基座姿态调整的笛卡尔路径规划齐庆玺。。，黄攀峰，刘正雄(1．西北工业大学航天学院智能机器人研究中心，陕西西安710072；2．西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室，陕西西安710072)摘要：空间机器人系统的机械臂和基座之间存在着动力学耦合。为了保证笛卡尔路径规划的同时可以调整基座的姿态，以冗余自由度空间机器人为研究对象，首先建立了空间机器人系统的运动学方程；由于存在一定的冗余度

2、，通过将基座姿态运动方程与广义雅可比矩阵组合得到扩展后的雅可比矩阵，实现了基座和机械臂运动的协调规划；讨论了基座姿态无扰路径规划，并与零空间法进行了对比。建立平面三自由度空间机器人系统，分别采用零空间法和扩展雅可比矩阵法进行了基座姿态无扰路径规划和基座姿态跟踪路径规划，仿真结果验证了方法的有效性。关键词：冗余度；空间机器人；扩展雅可比矩阵；零空间；基座姿态调整中图分类号：V448．2文献标识码：ADOl：10．3969／j．issn．1673—3819．2014．01．007CartesianPathPlanningforBaseAttitudeAdjustmentofRedund

3、antSpaceRobotQIQing—xi’，HUANGPan-feng’，LIUZheng—xiong’(1．ResearchCenterofIntelligentRobotics，SchoolofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072；2．NationalKeyLaboratoryofAerospaceFlightDynamics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Thereexistsdynamicco

4、uplingbetweenspacemanipulatorandtheirspacecraft．Inordertoplanthecartesianpathwiththebaseattitudeadjustedatthesametime，thisarticletakestheredundantspacerobotastheobjectofresearch．Firstthekinematicsequationofspacerobotsystemisestablished．Duetothepresenceofacertaindegreeofredundancy，thee·quations

5、ofmotionofthebaseattitudeandthegeneralizedJacobianmatrixarecombinedtoobtaintheextendedJacobianma—trix，thusrealizingthecoordinatedplanningofthebaseandthemanipulator．Atlastthezero—disturbancebaseattitudeisana—lyzedandtheextendedJacobianmatrixiscomparedwiththenull—spacemethod．Aplanar3-DOFspacerob

6、otsystemisde—signedforsimulation．BoththeextendedJacobianmatrixmethodandthenull—spacemethodareusedforzero—disturbancebaseattitudepathplanningandbaseattitudetrackingpathplanning．Theresultsdemonstrateeffectivenessoftheproposedmethod．Keywords：redundancy；spacerobot；extendedJacobian；null·space；basea

7、ttitudeadjustment利用空间机器人实施在轨服务是现在以及未来空有重要的实际意义。Nakamura等基于空间机器人系间探索与开发的热点。空间机器人系统一般由航天统的非完整特性提出了一种双向规划方法，将姿态控器本体(基座)和搭载在本体上的机械臂组成，可以执制问题转化为非线性控制问题，利用李亚普诺夫函数行空间站的装配、维护、航天器的故障维修、燃料加注在关节空间设计反馈控制，实现了基座和机械臂的协等在轨任务。与地面机器人不同，空间机器人不受调规划，但是规划的关节