机器人航天员冗余机械臂自运动优化

为增强机器人航天员的工作能力,机器人航天员的手臂采用七自由度仿人机械臂。根据S-R-S构型七自由度冗余手臂的结构特性,采用臂型角参数化的方法求解运动学。该方法将冗余机械臂的自运动用臂型角来描述,通过对臂型角的二次优化来限制机械臂的自运动。为了使仿人臂处于一种自然的构型和姿态,定义了"偏离中心度"的指标来表示关节偏离中心位置的程度,通过这个评价指标来描述仿人臂的最优位形,从而建立自运动优化函数。采用具有线性减小惯性权重的粒子群优化算法来寻找自运动优化函数的最优解。最后在机器人航天员平台进行验证,可以快速有效地完成冗余手臂自运动优化。

空间宏微机械臂振动抑制最优轨迹规划

针对空间站宏微机械臂分时独立控制的操作方式,将宏机械臂视为柔性基座,建立了柔性宏刚性微机械臂的等效动力学模型,即柔性基座微机械臂动力学模型。此模型揭示了基座弹性振动与微机械臂刚性运动之间的耦合关系,即基座的受迫振动完全由微机械臂运动产生的反作用力引起。在此基础上,为降低微机械臂刚性运动激起的宏机械臂弹性振动,建立了“4-3-4”形式的参数化关节轨迹模型,采用遗传算法在关节空间对微机械臂的运动轨迹进行了优化,并利用机械臂的冗余特性对其自运动进行了优化。数值仿真表明:轨迹规划和优化自运动项的方法能有效抑制微机械臂在运动过程中对柔性基座激起的弹性振动。