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。

自由飘浮空间机器人笛卡尔避奇异运动规划

为了解决自由飘浮空间机器人笛卡尔运动规划过程中由动力学奇异而导致的关节速度无限大或无法计算的问题,提出了一种基于奇异值分解的高精度避奇异运动规划算法.在传统阻尼最小方差的基础上,利用奇异值分解将阻尼系数从固定量转化为随广义雅可比矩阵动态自适应变化的变量,算法保证了空间机器人通过奇异点时各关节的角速度变化曲线连续且平稳.算例验证了算法的有效性,结果表明该算法在非奇异位置不会引入跟踪误差,相比传统阻尼最小二乘法累计跟踪误差大约降低15%.

空间自由漂浮机器人运动计算机仿真

通过对空间自由漂浮机器人系统的运动特性的分析,建立了基于视觉反馈的实时目标跟踪控制算法,构建了基于实际电机的关节电机闭环控制模型。并在VC环境下建立了一个基于Open GL的机器人可视化仿真系统,利用该系统建立动力学模型。该仿真系统可以对空间自由漂浮机器人机械臂运动时基座姿态及位置的变化进行模拟。最后在此仿真系统上进行了运动学和动力学仿真实验,验证了系统数学模型的有效性和准确性。

漂浮基空间机器人关节驱动力矩求解的Newton-Euler正交方法

空间微重力环境下,空间机器人安装基座不固定,机械臂与安装基座之间存在运动学和动力学耦合作用.针对地面机器人的关节力矩计算方法不能直接用于空间机器人的研究中,根据空间机器人自由漂浮状态时系统动量守恒的特点,采用Newton-Euler正交方法构建了满足系统动量守恒约束条件的空间机器人运动曲线法空间与切空间基底,并以此为基础得到了自由飘浮状态下的空间机器人关节力矩的显式表达式.最后通过空间二连杆机械臂实例给出了其具体的应用.

载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人运动规划

为满足自由漂浮空间机器人系统工作时需保证载体姿态稳定的要求,提出了一种载体姿态无扰动的非完整运动规划方法。该方法通过引入载体姿态无扰约束方程,构建载体姿态无扰曲线组,设计了关节空间基本规划算法;采用多次规划的方法,克服了基本算法不能够在整个无扰工作空间内规划的不足。仿真得到的位置偏差和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有效性和可行性。

空间机械臂位形与基座姿态协同控制研究

针对自由飘浮空间机械臂与基座的运动耦合问题,提出了一种基于不变流形的机械臂位形与基座姿态协同控制算法。在分析了系统可控性的基础上,构造了线性状态反馈下系统的不变流形,并设计了分段连续的镇定控制器。该控制器先将系统状态镇定到不变流形之上,然后沿该流形将系统状态调整到期望值。仿真结果表明,在系统可控的条件下,所提出的协同控制算法能将机械臂位形与基座姿态同时调整到期望状态。