【摘要】：近年來,人類對外太空的探索越來越頻繁,隨之誕生了各種各樣的空間任務。而在完成這些空間任務的過程中,空間機器人發(fā)揮著不可替代的重要作用,例如對衛(wèi)星的維護、對航天器燃料的補給以及在軌更換執(zhí)行單元等,并且隨著科學技術的發(fā)展,未來會有越來越多的任務將由空間機器人獨立完成�？臻g機器人的使用不僅節(jié)約了空間費用,而且提高了完成任務的效率。自由漂浮空間機器人因其無需控制基座,可以節(jié)省大量燃料的特點,被廣泛地用來執(zhí)行航天任務。然而在對這一類機器人的研發(fā)過程中,會遇到各種形形色色的困難。因為它與地面上的機器人有很多不同的特點,比如說機械臂和基座的動力學耦合,存在動力學奇異點,有限的能源供應以及沒有固定基座等。為了迎接更多復雜空間任務的挑戰(zhàn),本文對自由漂浮空間機器人的最優(yōu)路徑規(guī)劃課題展開研究,該研究具有重要的實際意義和工程應用背景。最優(yōu)路徑規(guī)劃是空間機器人可以高效完成空間任務的基礎,直接影響著任務完成的時間以及能量的消耗,并且合理的速度規(guī)劃也可以提高基座的穩(wěn)定性。本文首先對自由漂浮空間機器人的運動學和動力學展開了研究。對空間機器人的運動學建模利用了基于連桿重心的建模方法,而對空間機器人的動力學建模是在拉格朗日方法的基礎上完成的。在運動學和動力學的基礎上,然后本文分別應用三種方法對其進行了最優(yōu)路徑規(guī)劃研究。通過現(xiàn)在常用的Gauss偽譜法求解自由漂浮空間機器人的最優(yōu)路徑規(guī)劃問題,收斂速度快,精度高,結果可靠。然后本文采用和Gauss偽譜法相似而又有自己獨有特色的Radau偽譜法對該問題進行研究。在最終時間受限和不受限的兩種情況下,以時間最優(yōu),能量最優(yōu)以及基座穩(wěn)定性最優(yōu)為綜合目標,本文給出了空間機器人從初始位姿到最終位姿的最優(yōu)路徑規(guī)劃曲線�？臻g機器人在執(zhí)行不同任務時,要求的位置精度以及速度精度也是不同的。本文在多段Radau偽譜法的基礎上,提出了求解自由漂浮空間機器人最優(yōu)路徑規(guī)劃問題的hp自適應偽譜法。該方法可以根據(jù)不同的要求,合理安排節(jié)點數(shù)量以及分段點。仿真結果顯示該方法可以高效的完成當前空間機器人的最優(yōu)路徑規(guī)劃問題。雖然在相同節(jié)點數(shù)量的情況下,該方法比Radau偽譜法求解的結果精度低,但是計算效率要優(yōu)良得多。
【圖文】：

的相關研究器人簡介人是一類幫助人類進行太空探索活動、進行空間器人所處的空間環(huán)境是非常惡劣的，比如微重力都會對空間機器人產(chǎn)生毀滅性的影響，，所以它們別具一格的特點：(1)體積較小、體重輕、抗干功能比較全；(3)抵抗惡劣環(huán)境能力強�？臻g機器、計算機、控制科學、機械學、電子技術等多個以促進更加自主，更加智能航天設備的研制過程宙的厲害工具，空間機器人按照應用方式可以被安裝在空間探測器上，通過無線通信的方式控制航定位系統(tǒng)的探測機器人，因為距離地球比較遙，無法實時控制，所以該類機器人主要靠自主控，并將探測結果傳輸給地球。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文表面凹凸不平的月球上行走，同時有兩根天線，在其上安裝的攝像頭和其它特殊的傳感器可以檢面的特征， X 射線分光計，宇宙射線探測器和一獲得更多數(shù)據(jù)，完成更多任務。給 Lunokhod1 供過安裝在車兩側的太陽能帆板充電，晚上的時候釙- 210 放射性同位素加熱器單元保證工作溫度恒
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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本文編號：2532303