【摘要】：自由漂浮是空間機器人執(zhí)行任務(wù)時常用的工作模式,其姿態(tài)規(guī)劃是完成復(fù)雜空間任務(wù)的基礎(chǔ).針對自由漂浮柔性空間機器人姿態(tài)運動規(guī)劃問題,提出一種由Gauss偽譜法求解可行解與直接打靶法求解更為精確的數(shù)值解相結(jié)合的混合優(yōu)化策略.首先,利用假設(shè)模態(tài)法近似描述柔性臂桿的彈性變形,根據(jù)Lagrange方程建立空間機器人系統(tǒng)的動力學(xué)模型;然后,利用Gauss偽譜法將空間機器人非完整運動規(guī)劃問題離散為非線性規(guī)劃問題,求解在較少Legendre-Gauss(LG)點時狀態(tài)變量和控制變量對應(yīng)的可行解,可行解的求解采用從可行解到近似最優(yōu)解的串行優(yōu)化策略;最后,在LG點處離散控制變量,作為直接打靶法的初值,利用序列二次規(guī)劃算法求解最優(yōu)的控制輸入,再通過數(shù)值積分得到空間機器人系統(tǒng)姿態(tài)運動優(yōu)化軌跡.通過數(shù)值仿真,求解得到的姿態(tài)運動曲線光滑平穩(wěn),最優(yōu)控制輸入也能很好地滿足各種約束條件.結(jié)果表明該混合優(yōu)化策略具有很好的魯棒性和有效性.
[Abstract]:Free floating is a common mode of work for space robots, and its attitude planning is the basis for accomplishing complex space tasks. A hybrid optimization strategy combining Gauss pseudospectral method with direct shooting method to solve the problem of attitude motion planning of flexible free-floating space robot is proposed. Firstly, the elastic deformation of the flexible arm rod is approximately described by the assumed modal method, and the dynamic model of the space robot system is established according to the Lagrange equation. The nonholonomic motion planning problem of space robot is discretized into a nonlinear programming problem by Gauss pseudospectral method, and the feasible solutions of state variables and control variables are solved when there are fewer Legendre-Gauss (LG) points. The feasible solution is solved by serial optimization strategy from feasible solution to approximate optimal solution. Finally, as the initial value of direct shooting method, the discrete control variable is discretized at LG point, and the optimal control input is solved by using sequential quadratic programming algorithm. Then the optimal trajectory of attitude motion of space robot system is obtained by numerical integration. Through numerical simulation, the obtained attitude motion curve is smooth and stable, and the optimal control input can satisfy all kinds of constraint conditions well. The results show that the hybrid optimization strategy is robust and effective.
【作者單位】： 北京信息科技大學(xué)機電工程學(xué)院;北京信息科技大學(xué)理學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(11472058)
【分類號】：TP242

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林志信;空間機器人[J];機器人技術(shù)與應(yīng)用;2005年04期

2 魏承;趙陽;田浩;;空間機器人捕獲漂浮目標(biāo)的抓取控制[J];航空學(xué)報;2010年03期

3 朱建軍;黃攀峰;劉正雄;張斌;;空間機器人姿態(tài)穩(wěn)定方法研究[J];計算機仿真;2011年07期

4 張文輝;葉曉平;季曉明;吳夏來;朱銀法;王超;;國內(nèi)外空間機器人技術(shù)發(fā)展綜述[J];飛行力學(xué);2013年03期

5 楊維垣;;日本空間機器人研究概況[J];航天器工程;1994年04期

6 土屋和雄;王存恩;;空間機器人用地面仿真器[J];控制工程;1995年01期

7 馮繼民;在有障礙空間機器人行走路線的設(shè)計[J];管理科學(xué)文摘;1995年08期

8 ;空間機器人研究獲重要成果[J];航天技術(shù)與民品;1996年04期

9 孫漢旭,王鳳翔;加拿大、美國空間機器人研究情況[J];航天技術(shù)與民品;1999年04期

10 魏岳江;;空間機器人大戰(zhàn)序幕開啟[J];發(fā)明與創(chuàng)新(中學(xué)時代);2011年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 賈英宏;;多臂空間機器人的動力學(xué)與控制問題研究[A];第三屆全國動力學(xué)與控制青年學(xué)者研討會論文摘要集[C];2009年

2 賈東永;侯向陽;黃強;;空間機器人結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計[A];北京力學(xué)會第17屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

3 陳志煌;陳力;;漂浮基雙臂空間機器人閉環(huán)運動的建模及控制[A];第八屆全國動力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

4 霍偉;馬保離;;帶反作用輪空間機器人的變結(jié)構(gòu)控制算法[A];1994中國控制與決策學(xué)術(shù)年會論文集[C];1994年

5 馬保離;霍偉;高為炳;;雙臂空間機器人抓物系統(tǒng)的動力學(xué)與控制[A];1994中國控制與決策學(xué)術(shù)年會論文集[C];1994年

6 吳立成;孫富春;孫增圻;;空間機器人建模、規(guī)劃與控制研究現(xiàn)狀分析[A];2005年中國智能自動化會議論文集[C];2005年

7 陳力;郭益深;;雙臂空間機器人障礙規(guī)避的分級非完整運動規(guī)劃[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

8 賈英宏;;無反作用力矩空間機器人概念及動力學(xué)與控制相關(guān)問題[A];第六屆全國動力學(xué)與控制青年學(xué)者學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2012年

9 劉曉峰;蔡國平;王熙;;空間機器人抓取碰撞問題分析[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

10 董楸煌;陳力;;漂浮基空間機器人捕獲衛(wèi)星過程的碰撞動力學(xué)分析及魯棒自適應(yīng)鎮(zhèn)定控制[A];第三屆海峽兩岸動力學(xué)、振動與控制學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 董楸煌;漂浮基單、雙臂空間機器人捕獲目標(biāo)過程接觸碰撞動力學(xué)分析與鎮(zhèn)定控制[D];福州大學(xué);2014年

2 梁捷;多重復(fù)雜工況下漂浮基空間機器人的智能控制系統(tǒng)設(shè)計及動力學(xué)模擬仿真[D];福州大學(xué);2013年

3 孟得山;柔性空間機器人操作大撓性航天器的動力學(xué)與振動控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

4 顏世佐;空間機器人協(xié)調(diào)控制與地面實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

5 郭勝鵬;空間機器人快速在軌抓捕動力學(xué)與控制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

6 胡松華;空間機器人抓捕目標(biāo)的路徑規(guī)劃和系統(tǒng)實現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

7 高星;空間機器人軟件錯誤檢測技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

8 史也;空間機器人自主捕獲目標(biāo)的軌跡規(guī)劃與控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

9 李適;空間機器人路徑優(yōu)化與魯棒跟蹤控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 謝箭;不確定性空間機器人軌跡規(guī)劃及智能控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉陽;面向非合作目標(biāo)的空間機器人雙目視覺伺服研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 劉戀;空間機器人抓捕逼近段位姿耦合協(xié)同控制[D];吉林大學(xué);2016年

3 元波;基座彈性影響下漂浮基空間機器人控制方案研究[D];福州大學(xué);2014年

4 周邦召;自由漂浮空間機器人自主抓捕目標(biāo)的方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 王永智;自由漂浮空間機器人軌跡規(guī)劃[D];中國民航大學(xué);2011年

6 郝瑞;空間機器人在軌接近運動規(guī)劃與制導(dǎo)控制研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

7 皮博浩;自由漂浮空間機器人關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制[D];中國民航大學(xué);2011年

8 薛爽爽;雙臂空間機器人捕獲翻滾目標(biāo)后參數(shù)辨識和控制技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2016年

9 彭鍵清;雙臂空間機器人捕獲與操作目標(biāo)的協(xié)調(diào)控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

10 丁振;空間機器人多通道交互系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2016年

，

本文編號：2137855