隨著對載人航天事業(yè)的不斷發(fā)展和航空航天技術的不斷提升,空間機械臂已經(jīng)在正常太空活動和航天任務中得到了廣泛的應用,其技術水平已成為各國航天水平的重要評判指標。建立精確的動力學模型是實現(xiàn)空間機械臂高精度運動和控制的關鍵,但在實際使用中,空間機械臂總會受到各種各樣的不確定問題的影響,動力學模型往往會因此而出現(xiàn)偏差。因此,本文以空間機械臂為對象,針對動力學建模的不確定性問題,開展機械臂動力學建模算法研究,重點分析了基于機理的空間機械臂動力學建模方法與基于高斯過程的空間機械臂動力學建模方法,并在此基礎上提出了兩種模型相結合的基于高斯過程的空間機械臂半?yún)?shù)動力學建模方法,并對三種算法進行了仿真實驗和對比分析,驗證了基于高斯過程的動力學建模方法對于解決動力學不確定性問題的可行性。論文完成的主要工作及獲得的結論如下:首先,本文采用拉格朗日法分別對空間機械臂的剛性模型和柔性關節(jié)模型進行了建模,得到了基于機理的空間機械臂動力學公式,并在此基礎上對動力學不確定性問題進行了描述;其次,根據(jù)高斯過程的特點,本文將高斯過程應用于空間機械臂建模中。介紹了使用高斯過程擬合機械臂動力學系統(tǒng)的過程,給出了基于高斯過程的剛... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 課題研究背景和意義
    1.3 空間機械臂的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外空間機械臂的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)空間機械臂的研究現(xiàn)狀
    1.4 空間機械臂動力學建模的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 剛性空間機械臂動力學建模研究現(xiàn)狀
        1.4.2 柔性空間機械臂動力學建模研究現(xiàn)狀
    1.5 人工智能在機械臂動力學建模上的研究現(xiàn)狀
        1.5.1 局部加權投影回歸算法
        1.5.2 高斯過程回歸
        1.5.3 深度學習
    1.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
    1.7 主要研究內(nèi)容
第2章 基于機理的空間機械臂動力學建模
    2.1 引言
    2.2 漂浮基剛性空間機械臂動力學建模方法
        2.2.1 剛性空間機械臂系統(tǒng)
        2.2.2 基座位置不受控、姿態(tài)受控的欠驅(qū)動形式的動力學模型
        2.2.3 基座位置不受控、姿態(tài)受控的完全驅(qū)動形式的動力學模型
    2.3 漂浮基柔性關節(jié)空間機械臂動力學建模方法
    2.4 本章小結
第3章 基于高斯過程的空間機械臂動力學建模
    3.1 引言
    3.2 基于高斯過程的數(shù)據(jù)擬合概述
        3.2.1 高斯過程回歸描述
        3.2.2 核函數(shù)
    3.3 基于高斯過程的空間機械臂建模原理
        3.3.1 剛性空間機械臂的高斯過程動力學模型
        3.3.2 柔性關節(jié)空間機械臂的高斯過程動力學模型
    3.4 本章小結
第4章 基于高斯過程的空間機械臂半?yún)?shù)模型
    4.1 半?yún)?shù)模型原理
        4.1.1 概述
        4.1.2 半?yún)?shù)模型的數(shù)學描述
    4.2 基于高斯過程的剛性空間機械臂的半?yún)?shù)動力學模型
        4.2.1 剛性空間機械臂動力學模型的不確定性問題偏差項的描述
        4.2.2 漂浮基剛性空間機械臂半?yún)?shù)模型
    4.3 基于高斯過程的柔性空間機械臂半?yún)?shù)模型
        4.3.1 柔性關節(jié)空間機械臂動力學模型的不確定性問題描述
        4.3.2 柔性關節(jié)空間機械臂的高斯過程半?yún)?shù)模型
    4.4 本章小結
第5章 基于高斯過程的動力學模型的仿真驗證分析
    5.1 引言
    5.2 仿真環(huán)境的搭建
        5.2.1 漂浮基剛性空間機械臂的仿真環(huán)境
        5.2.2 漂浮基柔性關節(jié)空間機械臂的仿真環(huán)境
    5.3 剛性空間機械臂模型的訓練和仿真
        5.3.1 數(shù)據(jù)集的生成
        5.3.2 模型的擬合效果
        5.3.3 模型的長期預測效果
    5.4 柔性關節(jié)空間機械臂模型的訓練和仿真
        5.4.1 數(shù)據(jù)集的生成
        5.4.2 模型的擬合效果
        5.4.3 模型的長期預測效果
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
附錄一
附錄二
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]SCARA機器人高斯過程動力學建模研究[J]. 王郝,劉海瑞,鄒上元,劉艷梨.  機械設計與制造. 2019(10)
[2]考慮含間隙關節(jié)的漂浮基空間機械臂動力學輸出特性研究[J]. 谷勇霞,張玉玲,趙杰亮,閻紹澤.  機械工程學報. 2019(03)
[3]機械臂動力學建模及控制仿真[J]. 劉鵬,王強,張偉.  自動化與儀表. 2017(03)
[4]空間機械臂建模及分析方法綜述[J]. 鄭棋棋,湯奇榮,張凌楷,黎杰,謝宗武,劉宏.  載人航天. 2017(01)
[5]基于向量對方法的柔性空間機械臂建模與仿真[J]. 林倩,袁軍.  空間控制技術與應用. 2016(02)
[6]雙柔性空間機械臂動力學建模與控制[J]. 楊永泰,榮吉利,李健,劉賓,胡成威.  兵工學報. 2014(07)
[7]旋轉(zhuǎn)運動柔性梁的假設模態(tài)方法研究[J]. 蔡國平,洪嘉振.  力學學報. 2005(01)
[8]空間柔性臂的解耦動力學模型及其控制[J]. 王光慶,郭吉豐.  宇航學報. 2004(05)
[9]EMR系統(tǒng)機器人運動學和工作空間的分析[J]. 黃獻龍,梁斌,陳建新,吳宏鑫.  控制工程. 2000(03)
[10]空間機器人的動力學等價機械臂[J]. 梁斌,劉良棟,李庚田.  自動化學報. 1998(06)



本文編號：3632113