配置弹簧阻尼装置空间机器人双臂捕获卫星操作缓冲柔顺控制

为了避免空间机器人双臂捕获卫星操作过程中关节被冲击载荷破坏,在电机与机械臂之间加入了一种弹簧阻尼装置(SDD).该装置不仅能够吸收、消耗冲击能量,还能配合所设计的缓冲柔顺策略将冲击力矩限在安全范围内.首先,针对捕获前的双臂空间机器人开环系统与目标卫星系统,分别利用耗散力Lagrange方程法与Newton–Euler法建立了其动力学模型.然后,结合动量定理、速度约束、闭链几何约束及牛顿第三定律,导出了捕获后的闭链混合体系统动力学模型.针对混合体系统的缓冲柔顺控制问题,提出一种基于模糊小波神经网络的强化学习控制策略,该策略通过自适应惩罚单元处理原始强化信号获得二次强化信号,具有极强的环境适应能力.最后,利用Lyapunov定理证明了系统的稳定性,数值仿真验证了弹簧阻尼装置的抗冲击性能及所提策略的有效性.

基于强化学习的空间机器人柔性捕获控制研究

针对空间机器人双臂捕获卫星过程中的关节易受冲击力矩而破坏的问题,提出一种基于强化学习的柔性控制方法.首先,针对捕获前双臂空间机器人及卫星系统,分别利用拉格朗日方法及牛顿-欧拉法推导得其动力学模型;然后结合冲量定理、位置约束关系及牛顿第三定律,建立捕获后空间机器人与卫星形成混合体系统的动力学模型.针对失稳的混合体系统,提出一种缓冲柔顺强化学习控制方案,该方案通过系统与环境的动态交互来实时优化控制策略以实现镇定过程的最优控制.仿真结果表明:所提控制方案最大可减少54.2%的冲击力矩,并在镇定阶段确保关节冲击力矩限制在安全范围内,从而保护关节免受冲击力矩的破坏.