面向在轨组装服务的空间机器人动力学分析及抑振阻抗控制设计

研究了空间机器人在轨组装空间桁架操作的抑振阻抗控制问题.首先,利用Lagrange方法建立了载体姿态受控形式的空间机器人系统动力学模型;通过对系统进行动力学分析,推导了相应的机械臂末端和桁架插头在基连坐标系下的运动雅可比关系;结合阻抗控制原理,根据插头位姿与其输出力之间的动态关系建立了二阶线性阻抗模型.然后,设计了标称PD(Proportional Derivative)的控制器,并引入滑模变结构控制器来实现对建模不确定项的精确补偿,以提高力/位的控制精度.考虑滑模控制器固有的抖振,结合模糊控制原理,采用将滑模面作为输入,补偿控制增益作为输出的控制方案来提高抑振效果.该控制策略不依赖滑模面微分信号,计算量少,鲁棒性强,且无需复杂的模糊专家规则库.通过Lyapunov原理证明系统是一致渐进稳定的.基于Matlab仿真结果分析,验证了所提控制策略的有效性和抑振性能.