空间机器人在轨桁架组装操作基于自适应模糊CNF的阻抗控制

空间桁架作为空间站一类重要基础设施,在空间站建设中起着不可替代的作用。考虑到组装好的空间桁架所占空间以及火箭的运载能力,一般采用将桁架部件发射入太空并在轨道完成组装。为实现空间桁架的组装、维护等太空任务,对空间机器人在轨插、拔孔操作的力/位姿阻抗控制进行了研究。建立了载体姿态受控形式的空间机器人系统动力学模型;通过桁架部件插头的运动学约束,建立了插头在基连坐标系下的运动学关系。基于阻抗控制原理,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,以实现在轨插、拔孔操作过程中输出力的精确控制。提出了一种自适应模糊组合非线性反馈(composite nonlinear feedback,CNF)控制策略,通过模糊控制器拟合系统不确定参数,作为CNF控制器的补偿输入,以降低不确定参数的影响,提高位姿的控制精度。通过Lyapunov原理证明了系统的稳定性;利用仿真分析,验证了控制策略的有效性。