隨著人類太空活動(dòng)的深入,不斷增多的軌道垃圾給在軌衛(wèi)星的正常運(yùn)行帶來潛在危險(xiǎn)。為了實(shí)現(xiàn)對上述空間目標(biāo)的捕獲及操控,雙臂空間機(jī)器人作為一種有效手段受到了廣泛關(guān)注。然而由于基座與機(jī)械臂之間存在多重動(dòng)力學(xué)耦合,雙臂空間機(jī)器人在動(dòng)力學(xué)建模與耦合分析、軌跡規(guī)劃與控制等方面仍存在較大困難,為其實(shí)際應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)�；诖�,本文研究了雙臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的等效建模方法,并進(jìn)一步提出了基于等效模型的協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃方法、能量最優(yōu)的軌跡優(yōu)化方法以及協(xié)調(diào)柔順控制方法。為了簡化機(jī)械臂與基座之間的動(dòng)力學(xué)耦合,提出了雙臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的等效建模方法。首先以雙臂之間的相對運(yùn)動(dòng)為研究對象,推導(dǎo)廣義相對雅可比矩陣,實(shí)現(xiàn)了雙臂之間相對運(yùn)動(dòng)速度到機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)角速度的映射,并將其推廣至適用于多臂空間機(jī)器人與多臂地面機(jī)器人的通用形式。為了簡化雙臂空間機(jī)器人基座與機(jī)械臂之間的多重動(dòng)力學(xué)耦合關(guān)系,建立了等效動(dòng)力學(xué)模型。定義其中一個(gè)機(jī)械臂的末端為虛擬基座,其余部分則等效為一個(gè)超冗余虛擬機(jī)械臂,進(jìn)而將雙臂空間機(jī)器人簡化為超冗余單臂空間機(jī)器人�；谒⒌碾p臂空間機(jī)器人的等效模型,提出了多優(yōu)先級(jí)雙臂協(xié)調(diào)軌跡規(guī)劃和虛擬基座無反作用運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：154 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究的目的與意義
    1.2 空間機(jī)器人捕獲系統(tǒng)與方法綜述
        1.2.1 空間機(jī)器人系統(tǒng)研究綜述
        1.2.2 空間機(jī)器人在軌捕獲方法綜述
    1.3 雙臂空間機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 雙臂空間機(jī)器人的等效建模方法
        1.3.2 雙臂空間機(jī)器人的協(xié)同規(guī)劃方法
        1.3.3 雙臂空間機(jī)器人的軌跡優(yōu)化方法
        1.3.4 雙臂空間機(jī)器人的柔順控制方法
    1.4 目前研究中亟待解決的問題
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 雙臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的等效建模方法
    2.1 引言
    2.2 雙臂空間機(jī)器人系統(tǒng)及任務(wù)設(shè)計(jì)
        2.2.1 雙臂空間機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)
        2.2.2 雙臂空間機(jī)器人在軌服務(wù)流程
    2.3 雙臂空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
    2.4 廣義相對雅可比矩陣的推導(dǎo)
        2.4.1 自由漂浮雙臂空間機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
        2.4.2 雙臂空間機(jī)器人的廣義相對雅可比矩陣
        2.4.3 廣義相對雅可比矩陣的一般形式
    2.5 雙臂空間機(jī)器人的虛擬基座建模方法
        2.5.1 基于虛擬基座建模的等效運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
        2.5.2 基于虛擬基座建模的等效動(dòng)力學(xué)方程
    2.6 本章小結(jié)
第3章 基于等效模型的雙臂協(xié)同軌跡規(guī)劃方法
    3.1 引言
    3.2 基于廣義相對雅可比的多優(yōu)先級(jí)規(guī)劃
        3.2.1 雙臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的冗余性分析
        3.2.2 主臂在慣性空間的任務(wù)規(guī)劃
        3.2.3 雙臂協(xié)作的相對運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
    3.3 基于虛擬基座的無反作用運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
        3.3.1 增廣廣義雅可比矩陣
        3.3.2 零空間投影廣義雅可比矩陣
        3.3.3 虛擬基座與實(shí)際基座的位姿關(guān)系
    3.4 多優(yōu)先級(jí)雙臂協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃仿真
        3.4.1 空間任意位姿目標(biāo)的捕獲仿真
        3.4.2 空間自旋目標(biāo)的捕獲仿真
    3.5 無虛擬基座擾動(dòng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃仿真
    3.6 本章小結(jié)
第4章 能量最優(yōu)的雙臂協(xié)調(diào)捕獲軌跡優(yōu)化方法
    4.1 引言
    4.2 空間目標(biāo)動(dòng)力學(xué)建模與分析
        4.2.1 空間目標(biāo)動(dòng)力學(xué)建模
        4.2.2 空間非合作目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析
    4.3 雙臂捕獲翻滾目標(biāo)接觸前軌跡優(yōu)化
        4.3.1 捕獲前雙臂跟蹤接近的規(guī)劃控制
        4.3.2 臂型角的雅可比矩陣及參數(shù)化軌跡
        4.3.3 基于MOPSO的多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化
        4.3.4 仿真分析驗(yàn)證
    4.4 雙臂捕獲翻滾目標(biāo)接觸后軌跡優(yōu)化
        4.4.1 接觸后的軌跡優(yōu)化問題
        4.4.2 操作過程中的基座擾動(dòng)分析
        4.4.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)-動(dòng)力學(xué)軌跡優(yōu)化
        4.4.4 仿真分析驗(yàn)證
    4.5 本章小結(jié)
第5章 阻抗參數(shù)在線辨識(shí)的雙臂協(xié)調(diào)柔順控制
    5.1 引言
    5.2 雙臂協(xié)同操作的等效運(yùn)動(dòng)與等效力
        5.2.1 雙臂操作的相對運(yùn)動(dòng)分析
        5.2.2 雙臂操作的相對力分析
    5.3 在線阻抗參數(shù)辨識(shí)的柔順控制方法
        5.3.1 雙臂協(xié)同操作的等效阻抗模型
        5.3.2 柔順控制阻抗參數(shù)的在線辨識(shí)
        5.3.3 雙臂協(xié)同捕獲的柔順控制流程
    5.4 雙臂捕獲空間目標(biāo)的柔順控制仿真
    5.5 本章小結(jié)
第6章 基于地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的雙臂捕獲實(shí)驗(yàn)研究
    6.1 引言
    6.2 等效地面實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
        6.2.1 基于動(dòng)量方程的相對運(yùn)動(dòng)等效
        6.2.2 空間目標(biāo)微重力環(huán)境運(yùn)動(dòng)模擬
    6.3 地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立
        6.3.1 空間目標(biāo)模型
        6.3.2 七自由度冗余機(jī)械臂
        6.3.3 地面冗余雙臂機(jī)器人
    6.4 雙臂空間機(jī)器人捕獲目標(biāo)實(shí)驗(yàn)
        6.4.1 接觸前的構(gòu)型優(yōu)化實(shí)驗(yàn)
        6.4.2 捕獲后的軌跡優(yōu)化實(shí)驗(yàn)
    6.5 小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[8]空間機(jī)械臂抓取目標(biāo)的碰撞前構(gòu)型規(guī)劃與控制問題研究[D]. 叢佩超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
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碩士論文
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[3]機(jī)器宇航員協(xié)調(diào)操作柔順控制技術(shù)研究[D]. 曹柳芳.北京郵電大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2929969