本文關(guān)鍵詞：機(jī)器宇航員協(xié)調(diào)操作過(guò)程中力位混合控制方法研究

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【摘要】：隨著太空探索工作的日益深入,空間操作任務(wù)變得更加復(fù)雜。目前,我國(guó)正開展空間站的建設(shè)工作,在不遠(yuǎn)的將來(lái),將面臨更加繁重的空間任務(wù)。派駐航天員到空間站進(jìn)行日常的維護(hù)工作,一方面需要消耗大量的物資財(cái)力,另一方面惡劣的太空環(huán)境使航天員隨時(shí)面臨著危險(xiǎn)。因此,研究新一代空間機(jī)器人—一機(jī)器宇航員,對(duì)于解決我國(guó)空間站的在軌服務(wù)問題、推動(dòng)我國(guó)太空探索工作的進(jìn)一步發(fā)展具有顯著的效益。 本論文的研究工作內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目“航天機(jī)構(gòu)使用可靠性系統(tǒng)控制基礎(chǔ)理論研究”。以機(jī)器宇航員作為研究對(duì)象,重點(diǎn)對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、動(dòng)力學(xué)建模、協(xié)調(diào)操作運(yùn)動(dòng)規(guī)劃以及力位混合控制進(jìn)行了深入研究,以提高機(jī)器宇航員在軌執(zhí)行空間任務(wù)的能力。主要研究工作內(nèi)容如下： 首先,針對(duì)機(jī)器宇航員結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自由度數(shù)多的特點(diǎn),開展其運(yùn)動(dòng)學(xué)建模研究。由于機(jī)器宇航員在軌執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中存在遙操作和自主控制兩種運(yùn)動(dòng)控制模式,分別建立其位置級(jí)和速度級(jí)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)遙操作模式和自主控制模式下的任務(wù)要求,分別基于位置級(jí)和速度級(jí)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程設(shè)計(jì)機(jī)器宇航員遙操作和自主控制運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。機(jī)器宇航員的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法是進(jìn)行雙臂協(xié)調(diào)操作及力位混合控制研究的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)。 其次,建立機(jī)器宇航員的動(dòng)力學(xué)模型并分析其任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)特性。由于耦合分支的存在,首先建立單鏈機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)遞推方程,通過(guò)對(duì)比分析得到機(jī)器宇航員的動(dòng)力學(xué)方程。針對(duì)機(jī)器宇航員運(yùn)行過(guò)程中性能優(yōu)化問題,分別以關(guān)節(jié)運(yùn)行平穩(wěn)及關(guān)節(jié)力矩最小作為目標(biāo)進(jìn)行關(guān)節(jié)力矩優(yōu)化的研究,以提高機(jī)器宇航員操作過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)性能。機(jī)器宇航員的動(dòng)力學(xué)建模是進(jìn)行力位混合控制研究的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。 再次,對(duì)機(jī)器宇航員任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的力位混合控制算法進(jìn)行了研究。機(jī)器宇航員在執(zhí)行空間操作任務(wù)過(guò)程中,不可避免的會(huì)與外部環(huán)境發(fā)生接觸,對(duì)機(jī)器宇航員協(xié)調(diào)操作過(guò)程中的力位混合控制算法進(jìn)行研究,擴(kuò)展機(jī)器宇航員的應(yīng)用場(chǎng)合,并提高機(jī)器宇航員操作過(guò)程中的安全可靠性。針對(duì)機(jī)器宇航員單臂、雙臂兩種操作模式,分別實(shí)現(xiàn)了單臂力位混合控制和雙臂協(xié)調(diào)操作過(guò)程的力位混合控制算法。機(jī)器宇航員的力位混合控制是提高機(jī)器宇航員操作性能和安全性的關(guān)鍵技術(shù)。 最后,分別搭建機(jī)器宇航員的三維仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)對(duì)具體操作任務(wù)開展三維仿真實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)工作,以驗(yàn)證所提出算法的正確性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1161545