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Impact dynamics analysis of free-floating space manipulator capturing satellite on orbit and robust adaptive compound control algorithm design for suppressing motion 被引量:8
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作者 董楸煌 陈力 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2014年第4期413-422,共10页
The impact dynamics, impact effect, and post-impact unstable motion sup- pression of free-floating space manipulator capturing a satellite on orbit are analyzed. Firstly, the dynamics equation of free-floating space m... The impact dynamics, impact effect, and post-impact unstable motion sup- pression of free-floating space manipulator capturing a satellite on orbit are analyzed. Firstly, the dynamics equation of free-floating space manipulator is derived using the sec- ond Lagrangian equation. Combining the momentum conservation principle, the impact dynamics and effect between the space manipulator end-effector and satellite of the cap- ture process are analyzed with the momentum impulse method. Focusing on the unstable motion of space manipulator due to the above impact effect, a robust adaptive compound control algorithm is designed to suppress the above unstable motion. There is no need to control the free-floating base position to save the jet fuel. Finally, the simulation is proposed to show the impact effect and verify the validity of the control algorithm. 展开更多
关键词 free-floating space manipulator satellite capturing impact dynamics robust adaptive compound control
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Terminal sliding mode control for coordinated motion of a space rigid manipulator with external disturbance 被引量:3
2
作者 郭益深 陈力 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2008年第5期583-590,共8页
The control problem of coordinated motion of a free-floating space rigid manipulator with external disturbance is discussed. By combining linear momentum conversion and the Lagrangian approach, the full-control dynami... The control problem of coordinated motion of a free-floating space rigid manipulator with external disturbance is discussed. By combining linear momentum conversion and the Lagrangian approach, the full-control dynamic equation and the Jacobian relation of a free-floating space rigid manipulator are established and then inverted to the state equation for control design. Based on the terminal sliding mode control (SMC) technique, a mathematical expression of the terminal sliding surface is proposed. The terminal SMC scheme is then developed for coordinated motion between the base's attitude and the end-effector of the free-floating space manipulator with external disturbance. This proposed control scheme not only guarantees the existence of the sliding phase of the closed-loop system, but also ensures that the output tracking error converges to zero in finite time. In addition, because the initial system state is always at the terminal sliding surface, the control scheme can eliminate reaching phase of the SMC and guarantee global robustness and stability of the closed-loop system. A planar free-floating space rigid manipulator is simulated to verify the feasibility of the proposed control scheme. 展开更多
关键词 free-floating space rigid manipulator external disturbance terminal slidingsurface coordinated motion terminal sliding mode control
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Motion planning for redundant prismatic-jointed manipulators in the free-floating mode
3
作者 Xiao-Dong Liu He-Xi Baoyin Xing-Rui Ma 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第5期1449-1456,共8页
This paper investigates the motion planning of redundant free-floating manipulators with seven prismatic joints. On the earth, prismatic-jointed manipulators could only position their end-effectors in a desired way. H... This paper investigates the motion planning of redundant free-floating manipulators with seven prismatic joints. On the earth, prismatic-jointed manipulators could only position their end-effectors in a desired way. However, in space, the end-effectors of free-floating manipulators can achieve both the desired orientation and desired position due to the dynamical coupling between manipulator and satellite movement, which is formally expressed by linear and angular momentum conservation laws. In this study, a tractable algorithm particle swarm optimization combined with differential evolution (PSODE) is provided to deal with the motion planning of redundant free-floating prismatic-jointed manipulators, which could avoid the pseudo inverse of the Jacobian matrix. The polynomial functions, as argument in sine functions are used to specify the joint paths. The co- efficients of the polynomials are optimized to achieve the desired end-effector orientation and position, and simulta- neously minimize the unit-mass-kinetic energy using the redundancy. Relevant simulations prove that this method pro- vides satisfactory smooth paths for redundant free-floating prismatic-jointed manipulators. This study could help to recognize the advantages of redundant prismatic-jointed space manipulators. 展开更多
关键词 Motion planning - Prismatic joints - space manipulators Redundant manipulators free-floating robots ~Nonholonomic planning
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机械臂轨迹跟踪控制研究进展 被引量:51
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作者 史先鹏 刘士荣 《控制工程》 CSCD 北大核心 2011年第1期116-122,132,共8页
综述了近年来刚性机械臂轨迹跟踪控制研究领域的最新进展。根据应用于机械臂的不同控制算法进行分类,从自适应PID控制、神经网络自适应控制、模糊自适应控制、滑模变结构控制和鲁棒自适应控制5种主要控制方法进行阐述。重点从关节空间出... 综述了近年来刚性机械臂轨迹跟踪控制研究领域的最新进展。根据应用于机械臂的不同控制算法进行分类,从自适应PID控制、神经网络自适应控制、模糊自适应控制、滑模变结构控制和鲁棒自适应控制5种主要控制方法进行阐述。重点从关节空间出发,论述了各种控制算法在提高机械臂轨迹跟踪性能方面的各自优缺点,并分析了它们之间的相互联系。对机械臂轨迹跟踪问题的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 刚性机械臂 关节空间 轨迹跟踪
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空间双柔性机械臂刚-柔耦合建模及定标误差分析 被引量:5
5
作者 古青波 李昂 赵会光 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期33-40,共8页
为研究空间多自由度机械臂在作大范围运动时臂杆柔性和关节柔性对末端定标精度的影响,考虑柔性臂杆的横/侧向弯曲变形所引起轴向伸缩的二次耦合项,采用计入集中质量的转子扭簧模型描述关节的柔性效应;提出了基于臂杆柔性的D-H参数法,递... 为研究空间多自由度机械臂在作大范围运动时臂杆柔性和关节柔性对末端定标精度的影响,考虑柔性臂杆的横/侧向弯曲变形所引起轴向伸缩的二次耦合项,采用计入集中质量的转子扭簧模型描述关节的柔性效应;提出了基于臂杆柔性的D-H参数法,递推出空间机械臂的柔性机构运动方程;应用Hamilton原理建立了空间双柔机械臂的一次近似刚-柔耦合动力学方程。对空间六关节双柔机械臂末端定标误差进行仿真,结果表明:臂杆的柔性和关节的柔性在空间机械臂的大范围运动中是相互耦合的;在工程应用中,需要将抓取目标设定在机械臂定标误差较小的方向上,以提高抓捕和操作的成功性。 展开更多
关键词 空间机械臂 柔性臂杆 柔性关节 刚-柔耦合 定标误差
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空间机械臂的刚-柔耦合动力学研究 被引量:8
6
作者 刘锦阳 洪嘉振 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期23-27,33,共6页
本文对作大范围运动的空间机械臂的刚 -柔耦合动力学特性进行了研究。从连续介质力学理论出发 ,在变形位移中计及了耦合变形量 ,用 Jourdain速度变分原理导出了作大范围运动的空间机械臂的动力学方程。分别用耦合模型和不计耦合变形量... 本文对作大范围运动的空间机械臂的刚 -柔耦合动力学特性进行了研究。从连续介质力学理论出发 ,在变形位移中计及了耦合变形量 ,用 Jourdain速度变分原理导出了作大范围运动的空间机械臂的动力学方程。分别用耦合模型和不计耦合变形量的零次近似模型计算了机械臂端点的变形位移 ,揭示了两种模型的动力学性质的差异。为了确定零次近似模型的适用范围 ,引入相关系数 ,仿真计算结果表明 ,零次近似模型仅适用于相关系数的最大值小于 0 . 展开更多
关键词 空间机械臂 刚-柔耦合动力学特性 相关系数 零次近似模型
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具有外部扰动的空间刚性机械臂姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制算法设计 被引量:10
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作者 郭益深 陈力 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2008年第5期525-532,共8页
讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间刚性机械臂,载体姿态与末端爪手协调运动的控制算法设计问题.结合系统动量守恒关系及Lagrange方法,建立了漂浮基空间刚性机械臂完全能控形式的系统动力学方程及运动Jacobi... 讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间刚性机械臂,载体姿态与末端爪手协调运动的控制算法设计问题.结合系统动量守恒关系及Lagrange方法,建立了漂浮基空间刚性机械臂完全能控形式的系统动力学方程及运动Jacobi关系,并将其转化为状态空间形式的系统控制方程.以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基空间刚性机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制方案.提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性.此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒性和稳定性.平面两杆空间刚性机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性. 展开更多
关键词 漂浮基空间刚性机械臂 外部扰动 Terminal滑模面 协调运动 TERMINAL滑模控制
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基于时延估计的空间机器人无模型姿态解耦控制 被引量:5
8
作者 张鑫 刘金国 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1150-1161,共12页
针对空间机器人的基—臂姿态耦合问题,提出一种基于时延估计(TDE)的无模型解耦控制方法,以实现机械臂与基体的协调运动。首先,采用复合刚体动力学建模方法建立系统动力学模型。然后,分析动力学耦合特性,从多输入多输出(MIMO)角度出发,... 针对空间机器人的基—臂姿态耦合问题,提出一种基于时延估计(TDE)的无模型解耦控制方法,以实现机械臂与基体的协调运动。首先,采用复合刚体动力学建模方法建立系统动力学模型。然后,分析动力学耦合特性,从多输入多输出(MIMO)角度出发,设计基于时延估计的无模型解耦控制器,实现机械臂关节轨迹精准跟踪与基体姿态稳定控制。最后,采用数值仿真方式,对比经典的基于模型解耦控制方法,即计算力矩控制(CTC),结果表明基于时延估计的无模型控制方法不仅效率更高,且解耦效果更好。 展开更多
关键词 空间机器人 基—臂姿态耦合 时延估计(TDE) 复合刚体动力学建模方法 无模型解耦控制器
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基于向量对方法的柔性空间机械臂建模与仿真 被引量:3
9
作者 林倩 袁军 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2016年第2期26-31,共6页
针对柔性自由漂浮基座空间机械臂系统建模的过程中存在的形式复杂计算量大等问题,本文采用向量对方法,以自由漂浮基座双连杆柔性机械臂为研究对象,以单个体的动力学方程为基础,分别列出相邻两个体之间的约束方程,利用拉格朗日乘子法组... 针对柔性自由漂浮基座空间机械臂系统建模的过程中存在的形式复杂计算量大等问题,本文采用向量对方法,以自由漂浮基座双连杆柔性机械臂为研究对象,以单个体的动力学方程为基础,分别列出相邻两个体之间的约束方程,利用拉格朗日乘子法组装构成系统的动力学方程.这种方法在建模时需要的信息较少,易于推导,得到的方程十分规范化,更加有利于柔性空间机械臂控制系统的设计.最后文章通过仿真验证了模型的正确性. 展开更多
关键词 柔性空间机械臂 动力学建模 向量对方法 刚柔耦合
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主从式微创手术机器人主手结构设计及运动学分析 被引量:1
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作者 贠今天 左鹏 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2019年第2期73-81,共9页
为提高微创手术中从手端的执行精度和控制端力觉临场感的真实程度,利用反求设计方法设计了一种串联6+1自由度主手机械结构。根据变异设计方法,基于大、小臂内部闭环传动钢丝存在中心距过大的情形,采用刚柔结合传动结构,并对其进行理论... 为提高微创手术中从手端的执行精度和控制端力觉临场感的真实程度,利用反求设计方法设计了一种串联6+1自由度主手机械结构。根据变异设计方法,基于大、小臂内部闭环传动钢丝存在中心距过大的情形,采用刚柔结合传动结构,并对其进行理论推导和参数化分析;构建主手正运动学模型,运用Matlab和ADAMS进行联合仿真;并通过蒙特卡洛方法对主手实际运动空间与要求工作空间的三维对比云图进行仿真。结果表明:与纯钢丝传动结构相比,在给定8 N预紧力情形下,刚柔结合传动结构在传动行程内减小传动空回误差0.056 mm;由Matlab和ADAMS得到的主手运动轨迹基本重合,说明所构建的正运动模型正确,主手结构设计合理;主手运动空间完全满足微创手术的工作空间要求(准150 mm×250 mm)。 展开更多
关键词 主从式 微创手术机器人 主手 反求设计 刚柔结合 传动精度 正运动学模型 工作空间
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带空间机械臂的航天器三维姿态运动控制
11
作者 吕杰 崔玮 戈新生 《北京机械工业学院学报》 2004年第1期1-6,共6页
航天器系统在忽略外力矩作用时,系统对总质心的角动量矩守恒使其成为非完整系统。利用这一特性讨论了带空间机械臂的刚体航天器三维姿态运动的控制问题。载体姿态引入Calay参数,导出带空间机械臂的刚体航天器姿态运动的数学模型,利用遗... 航天器系统在忽略外力矩作用时,系统对总质心的角动量矩守恒使其成为非完整系统。利用这一特性讨论了带空间机械臂的刚体航天器三维姿态运动的控制问题。载体姿态引入Calay参数,导出带空间机械臂的刚体航天器姿态运动的数学模型,利用遗传算法进行优化控制计算。通过数值仿真,表明该方法对航天器姿态控制是有效的。 展开更多
关键词 空间机械臂 刚体航天器 姿态控制 遗传算法 Calay参数 仿真
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空间机械臂间隙影响分析 被引量:1
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作者 张玉翠 刘峰 张晖辉 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第6期54-60,共7页
为考察关节间隙和柔度对机械臂动力学行为的影响,分别建立平面二自由度和空间7自由度的机械臂刚柔耦合模型,应用ADAMS软件采用间隙铰非线性弹簧阻尼模型,考虑臂杆柔度和间隙对动力学性能的影响,对两种机构进行动力学仿真分析.分析结果表... 为考察关节间隙和柔度对机械臂动力学行为的影响,分别建立平面二自由度和空间7自由度的机械臂刚柔耦合模型,应用ADAMS软件采用间隙铰非线性弹簧阻尼模型,考虑臂杆柔度和间隙对动力学性能的影响,对两种机构进行动力学仿真分析.分析结果表明:臂杆柔度对位移影响较小,但角速度、角加速度曲线随柔度增加波动显著增大;由于间隙的存在,关节碰撞导致机械臂运动精度、角速度与角加速度随间隙显著增大. 展开更多
关键词 动力学 空间机械臂 刚柔耦合 间隙
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基于粒子群优化的刚柔混合机械臂振动抑制规划 被引量:15
13
作者 徐文福 徐超 孟得山 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期632-638,共7页
提出基函数叠加与粒子群优化(PSO)相结合的振动抑制轨迹规划方法.首先推导了各关节变量与模态坐标的关系,采用正弦-梯形函数作为基函数构造各关节的角速度,其中基函数的系数和幅值为待定参数;然后将末端振动最小化轨迹规划转换为待定参... 提出基函数叠加与粒子群优化(PSO)相结合的振动抑制轨迹规划方法.首先推导了各关节变量与模态坐标的关系,采用正弦-梯形函数作为基函数构造各关节的角速度,其中基函数的系数和幅值为待定参数;然后将末端振动最小化轨迹规划转换为待定参数的优化问题,并采用PSO算法获得待定参数的最优值;最后以双杆刚柔混合机械臂为例开展仿真研究.仿真结果表明,所提出的方法大大减小了机械臂末端的残留振动. 展开更多
关键词 柔性机械臂 空间机械臂 刚柔机械臂 振动抑制 粒子群优化算法
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