空间机械臂运动学分析的完全笛卡尔坐标方法及柔性影响下的动力学优化控制

发布时间：2020-05-22 04:25

【摘要】： 在未来的空间活动中，使用空间机器人来辅助完成失效卫星的捕获、修理及航天器的交会、对接等作业任务，能够有效地减少宇航员舱外暴露作业带来的危险，而大型空间站的在轨组装、修理等操作更为空间机器人提供了广阔的应用前景。由于空间机器人（尤其是带柔性机械臂的机器人）处于太空失重状态，它的运动学、动力学及控制问题与地面固定机器人有本质区别，因此对它的研究有着极其重要理论与实际意义。本文主要在如下几个方面做了一些研究工作： 在第二章中，首先，简要介绍了空间机器人的运动学和动力学性质，然后，基于完全笛卡尔坐标方法讨论了漂浮基带滑移铰空间机械臂的逆运动学问题。为此结合系统动量及动量矩守恒关系导出了以完全笛卡尔坐标表示的系统运动Jacobi矩阵，并在此基础上研究了带滑移铰空间机械臂的分解运动速度控制方法，给出了计算机数值仿真算例，以此证明了该方法的有效性。 在第三章中，我们以完全笛卡尔坐标方法为基础，讨论了漂浮基闭环双臂空间机器人系统的逆运动学问题。首先，分析了闭环双臂空间机器人捕捉目标物体时的运动学关系，给出了以完全笛卡尔坐标表示的系统运动Jacobi关系；然后，以此为基础研究了空间机器人双臂协调操作的分解运动速度控制方法和协调操作问题；最后应用MATLAB语言对平面双臂空间机器人系统进行了计算机模拟、仿真，仿真运算证实了上述方法的有效性。 在第四章中，首先，我们对柔性机械臂的动力学建模和系统控制问题做了比较全面的介绍；然后，运用Lagrange方程并结合假设模态法建立了平面两杆柔性空间机械臂系统的动力学方程。在此基础上，通过坐标变换导出了以可测关节角为控制输出变量的系统控制模型，基于此控制模型提出了柔性空间机械臂关节运动的动力学优化控制方案。仿真算例证明了该控制方法的有效性。
【图文】：

算例证明了该方法的有效性、实用性。§2.2 空间机器人的运动学与动力学考虑图2-1所示的空间机器人系统，aaaaOxyz为惯性坐标系，体O表示载体，体i (i = 1,2,...n)表示机械臂的第 i 杆，体 n +1为负载，gC为系统质心，gr为系统质心位置向量，，c(i = 0,1...n+1)i为体的质心

福州大学硕士学位论文用各杆质心坐标欧拉参数表示的变量数 21。用完全笛选择 B、C、D、E 为参考点（基矢量 u 由 D、E 的坐标变量数为 12，同时附加八个二次多项式形式的约束方尔坐多体系统动力学方程可利用拉氏第二类方程或虚此必须计算用完全笛卡尔坐标表示的动能或惯性力的法已成功地应用于空间机构的动力学分析，众所周知浮的多体航天器，当万有引力梯度允许忽略且无控制接利用动量矩守恒原理动力学方程降阶。为使完全笛于分析自由空间多体系统，以下导出用完全笛卡尔坐刚体系统的动量和动量矩解析表达式，给出与之相适念，建立用完全笛卡尔坐标描述多体系统动力学的一于多体航天器动力学分析。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH113.2

【参考文献】

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本文编号：2675437