空间机器人在轨桁架组装操作基于自适应模糊CNF的阻抗控制

空间桁架作为空间站一类重要基础设施,在空间站建设中起着不可替代的作用。考虑到组装好的空间桁架所占空间以及火箭的运载能力,一般采用将桁架部件发射入太空并在轨道完成组装。为实现空间桁架的组装、维护等太空任务,对空间机器人在轨插、拔孔操作的力/位姿阻抗控制进行了研究。建立了载体姿态受控形式的空间机器人系统动力学模型;通过桁架部件插头的运动学约束,建立了插头在基连坐标系下的运动学关系。基于阻抗控制原理,根据插头位姿与其输出力之间的动态关系建立了二阶线性阻抗模型,以实现在轨插、拔孔操作过程中输出力的精确控制。提出了一种自适应模糊组合非线性反馈(composite nonlinear feedback,CNF)控制策略,通过模糊控制器拟合系统不确定参数,作为CNF控制器的补偿输入,以降低不确定参数的影响,提高位姿的控制精度。通过Lyapunov原理证明了系统的稳定性;利用仿真分析,验证了控制策略的有效性。

空间机械臂在轨插、拔孔操作基于力/位姿跟踪指数型阻抗控制

讨论了空间机械臂在轨插、拔孔操作的阻抗控制问题.为此,结合系统动量守恒关系,空间机械臂替换部件末端输出插、拔孔主动力与孔内所受摩擦阻力作用关系,以及第二类拉格朗日方程,推导得到了载体位置、姿态均不受控制情况下,空间机械臂在轨插、拔孔操作过程系统动力学方程.同时,根据相关操作控制系统设计需要,利用系统位置几何关系分析、建立了空间机械臂替换部件末端相对基联坐标系的相对运动雅可比关系.之后,由空间机械臂替换部件末端位姿与末端输出插、拔孔主动力之间的动态关系并结合阻抗控制原理,建立了二阶线性阻抗模型.在上述工作基础上,针对空间机械臂在轨插、拔孔操作过程同时存在运动学与动力学不确定性的情况,设计了空间机械臂替换部件末端力/位姿跟踪指数型阻抗控制策略;并通过李雅普诺夫理论,证明了控制系统的稳定性.提到的控制策略具有结构简单、收敛速度快、稳定性好的特点.系统数值仿真,验证了上述控制策略的有效性.