自由飘浮空间机器人系统基座姿态调整路径规划方法的研究

规划机械臂的运动以调整作为其基座的卫星的姿态,既节约姿控燃料,又可作为常规姿控系统的备份手段.首先,建立自由飘浮空间机器人系统的状态方程,其状态变量为关节角和卫星姿态角,输入变量为关节角速度.基于系统能控性理论,规划连接系统初始状态和期望状态的路径,实现了仅通过机械臂关节的运动同时控制基座姿态和机械臂关节角的目的.从理论上分析了机械臂的能量消耗,给出了使能量指标最小的近似最优算法.仿真结果表明了该方法的有效性.

基于蚁群算法的自由飞行空间机器人路径规划

本文采用蚁群算法实现了自由飞行空间机器人的避障路径规划 .蚁群算法是基于群体的一种仿生算法 ,为求解复杂的组合优化方法问题提供了一种新思路 .本文对蚁群算法进行了适当的修改 ,使之适用于自由飞行空间机器人的路径规划 ,然后用计算机进行了仿真 。

一种笛卡儿空间的自由漂浮空间机器人路径规划方法

针对自由漂浮空间机器人工作时需保证载体姿态稳定的问题,提出了一种笛卡儿空间内载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人非完整路径规划方法.首先,基于自由漂浮空间机器人特征方程和角动量守恒方程得到广义雅可比矩阵;其次,出于路径规划的需要,分析了载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人可达工作空间;最后,引入相关系数,设计了笛卡儿空间内的无扰向量合成算法.仿真得到的路径规划结果表明机械臂末端达到目标点的同时确保了载体姿态无扰动,从而验证了所提方法的可行性和有效性.

七自由度空间机械臂避障路径规划方法

针对七自由度空间机械臂在轨捕获目标任务的需求,提出了一种避障路径规划方法。主要是根据机械臂和障碍物的几何特征,对机械臂模型和障碍模型进行简化;通过研究机械臂自身所固有的几何特性和障碍物的位姿坐标,分析机械臂各杆件与障碍物发生碰撞的条件,进而求出空间机械臂的无碰撞自由工作空间;利用优化的A*算法,在七自由度空间机械臂的自由工作空间内进行了无碰撞最优路径的搜索,从而实现了七自由度空间机械臂的避障路径规划。仿真结果表明了该算法的有效性与可行性。

自由漂浮空间机器人最小基座反作用轨迹规划

在自由漂浮空间机器人系统中,由于机械臂与基座之间存在动力学耦合,机械臂运动会对基座产生不期望的反作用干扰,因此必须最小化基座反作用。为此,提出了一种关节空间内点对点轨迹规划的方法。首先,利用sin函数参数化关节轨迹;然后根据基座反作用和运动约束定义适应函数;最后利用混沌粒子群优化(CPSO)算法搜索空间机械臂的全局最优轨迹,使基座反作用最小。该方法考虑了机械臂的关节角、关节速度和加速度约束。给出一个仿真算例来验证该方法的有效性。规划的轨迹连续平滑,适用于多自由度空间机械臂。

基于多项式插值的自由漂浮空间机器人轨迹规划粒子群优化算法

针对自由漂浮空间机器人轨迹规划问题,提出一种基于多项式插值与粒子群优化算法相结合的非完整运动规划方法。首先,通过对系统非完整约束条件进行分析,给出了以机械臂关节角耗散能为目标函数的轨迹最优控制算法;并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,将插值多项式的系数作为优化参数,结合粒子群优化算法对关节角轨迹进行优化求解。最后,对本文提出的轨迹规划算法进行数值仿真。仿真结果表明关节角轨迹平滑连续,保证了关节角速度及关节角加速度在初始和终止状态均为零,从而验证了所提方法的有效性和可行性。

基于二维自由空间蚁群算法的反舰导弹航路规划仿真

提出了一种基于自由空间蚁群算法的反舰导弹航路规划方法,并对算法进行了仿真。对基本蚁群算法的研究往往是基于旅行商问题(TSP)进行的,不适合反舰导弹航路规划使用,通过使用动态开辟路径节点的方法,解决了这一问题,同时也为将蚁群算法应用到其它自由空间规划问题提供了思路。通过程序仿真得到了较好的结果,证明了该算法的可行性。

自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的轨迹规划

针对非完整约束导致的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵动力学奇异性问题,提出一种间接求解机器人逆运动学的方案.该方案通过运动方程分解并构造迭代函数,将动力学奇异转换为运动学奇异问题,避免直接求解逆广义雅可比矩阵,解决广义雅可比矩阵动力学参数相关特性问题,仿真结果表明该方法能够有效地实现自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的非完整轨迹规划.

基于参数辨识的冗余自由飞行空间机器人多臂协调运动规划

根据空间机器人姿态干扰特性 ,本文提出了利用多层前向神经网络来辨识自由飞行空间机器人本体质量的算法。其次 ,提出了基于姿态受限广义雅可比矩阵的多臂协调运动规划方法 ,较好地解决了多臂自由飞行空间机器人进行空间作业时的运动规划和姿态控制问题。

基于载体姿态调整的自由漂浮空间机器人路径规划方法的研究

由于空间机器人的非完整约束特性 ,当机器人关节完成闭合路径运动 ,机器人载体姿态会发生变化。本文采用神经网络控制器完成对机器人载体姿态的控制。最后给出了三自由度空间机器人的姿态调节仿真结果。

串并混联空间机械臂全自由度轨迹规划算法

目前,国内外对串并混联空间机械臂的研究较少;而且大多在舍弃冗余自由度的情况下进行轨迹规划.针对7自由度串并混联空间机械臂,提出了一种基于解析解、并且充分放开全部7个自由度的机械臂轨迹规划算法.该规划算法既扩大了串并混联空间机械臂的规划可达空间,又保证了规划的实时性,同时还保留了结构承载能力强的优点,可以充分发挥其作为空间抓捕用臂的优势.通过仿真和地面空间操作抓捕试验,验证了算法的有效性.

多个自由飞行空间机器人协调操作运动规划

本文提出了在空间微重力环境下多个自由飞行空间机器人协调操作运动规划算法。首先推导出多个自由飞行空间机器人协调操作的广义雅可比矩阵 ,其次给出了基于该矩阵的多个自由飞行空间机器人协调操作分解运运速度控制算法 ,最后用计算机仿真验证了该算法的正确性。

自适应Radau伪谱法自由漂浮空间机器人轨迹规划

为解决Gauss伪谱法(GPM)计算速度和求解精度之间的矛盾,在多段Radau伪谱法的基础上,提出了求解自由漂浮空间机器人(FFSM)最优路径规划问题的hp自适应Radau伪谱法(hp-RPM).与传统的Gauss伪谱法不同,该方法并不是单纯通过增加节点数量来提高精度,而是在每次迭代的过程中对整个路径分段个数和各个路径子区间的宽度进行合理的分配,并能配置每个子区间内节点的数量.通过增加分段个数可以减小子区间内所需节点个数,以此降低多项式阶数、提高计算速度.基于上述理论,首先建立了多臂FFSM系统动力学模型,并给出了运动过程中系统模型更新方法;然后将连续最优轨迹规划问题离散化,完成了hp自适应Radau伪谱法的设计;最后利用hp-RPM解决两连杆FFSM系统轨迹规划问题并进行了仿真实验.结果表明:在初始条件相同的情况下,两种方法得到的位置、速度规划曲线相似,但hp-RPM在各个节点处的误差明显低于GPM计算误差;在精度要求较高,初始节点较多的情况下,hp-RPM可以在保证精度的同时有效的提高计算速度.

自由飞行空间机器人地面实验平台系统规划器

为了研究自由飞行空间机器人的运动学和动力学特性 ,开发了可以在地面上模拟空间微重力环境并能自主捕捉目标的双臂自由飞行空间机器人地面实验平台仿真系统。介绍了整个系统的组成 ,讨论了系统所采用的规划器 ,主要介绍了规划器所采用的控制策略和规划算法 。

基于参数估计的自由飞行空间机器人双臂协调运动规划算法

提出了利用多层前向神经网络来估计本体质量从而动态计算ＧＪＭ 的算法， 在此基础上规划空间机器人的双臂进行协调运动， 使其对本体的姿态干扰最小， 较好地解决了变质量情况下空间机器人手臂协调运动规划问题。文中通过对双臂空间机器人捕捉静态目标的仿真，

自由飘浮空间机器人运动规划研究综述

本文介绍了自由飘浮空间机器人的运动学特性;从避奇异点规划、姿态调整规划和协同控制规划三个方面总结了自由飘浮空间机器人的运动规划研究现状,并对现有方法的局限性进行了分析;最后给出了自由飘浮空间机器人运动规划下一步需要研究的问题与解决思路。

页岩气吸附实验中自由空间体积的变化及其对吸附的影响

选取页岩样品,并以煤样为对比进行了容量法等温吸附实验,建立了考虑吸附相和基质膨胀及压缩变形的自由空间体积和吸附量计算模型,以此讨论了自由空间体积在吸附过程中随吸附平衡压力的变化趋势及其对吸附的影响。研究表明:页岩气的容量法等温吸附实验中,随着吸附平衡压力的增加,因吸附相的存在引起自由空间体积持续减小并最终趋于恒定,吸附导致基质膨胀引起自由空间体积仅有微量减小,基质压缩引起自由空间体积持续增大;在三种机理共同作用下,随吸附平衡压力的增加自由空间体积持续减小,其后趋于恒定,并再有增大的趋势;自由空间体积的变化导致吸附量发生变化,其变化趋势与自由空间体积的变化趋势相反。

冗余漂浮空间机器人多任务轨迹规划

针对冗余漂浮空间机器人在单次行程中连续执行多项轨道任务的能耗最优轨迹规划问题,本文提出一种改进遗传算法,将同时优化3种类型基因引入,使得每条染色体包含3部分,即任务序列、与任务序列对应的关节构型序列和描述机器人关节轨迹的正弦多项式系数,对染色体的3部分进行独立编码,并在迭代寻优过程中对3个组成部分独立执行交叉和变异操作。仿真结果表明:与传统遗传算法相比,本文算法具有精度高、计算量少和CPU时间短的优点。

自由浮动空间机械手的无碰撞路径规划

对自由浮动空间机械手无碰撞路径规划问题的特殊性及应采取的策略进行了分析和探讨。据此，本文提出一种位姿空间量化建模方法，并以此建模方法为基础描述了自由浮动空间机械手无碰撞路径规划的一种实现方法。

自由漂浮空间机器人无逆运动学基于采样的运动规划

自由漂浮空间机器人(free-floating space robot,FFSR)是进行在轨服务的重要工具,其基座姿态和关节角间存在复杂的一阶微分约束关系,进行运动规划时需直接考虑微分约束,这让其运动规划问题充满挑战。“先求逆运动学,再规划轨迹”的运动规划框架,存在目标构型与初始构型未必在同一连通域的隐患,为克服这一隐患,基于有目标偏置的RRT(GB-RRT)研究了FFSR从初始构型到目标末端位姿的运动规划问题。对于算法中的目标末端位姿导引生长,考虑到因FFSR执行机构自由度不足,而导致的末端位姿误差收敛与有效调节基座姿态相互矛盾的问题,提出适时调节基座姿态的目标末端位姿导引局部规划器,该局部规划器在保证末端位姿误差能够收敛情况下,兼顾基座姿态调节。此外,还设计了用于探索构型空间的随机构型导引生长局部规划器。将上述2种局部规划器与GB-RRT结合,可实现在不求解逆运动学的情况下,完成规划任务,且保证基座姿态扰动满足要求。仿真验证了算法的有效性。