自由漂浮空间机器人最优路径规划研究

发布时间：2019-09-05 15:35

【摘要】：近年来,人类对外太空的探索越来越频繁,随之诞生了各种各样的空间任务。而在完成这些空间任务的过程中,空间机器人发挥着不可替代的重要作用,例如对卫星的维护、对航天器燃料的补给以及在轨更换执行单元等,并且随着科学技术的发展,未来会有越来越多的任务将由空间机器人独立完成。空间机器人的使用不仅节约了空间费用,而且提高了完成任务的效率。自由漂浮空间机器人因其无需控制基座,可以节省大量燃料的特点,被广泛地用来执行航天任务。然而在对这一类机器人的研发过程中,会遇到各种形形色色的困难。因为它与地面上的机器人有很多不同的特点,比如说机械臂和基座的动力学耦合,存在动力学奇异点,有限的能源供应以及没有固定基座等。为了迎接更多复杂空间任务的挑战,本文对自由漂浮空间机器人的最优路径规划课题展开研究,该研究具有重要的实际意义和工程应用背景。最优路径规划是空间机器人可以高效完成空间任务的基础,直接影响着任务完成的时间以及能量的消耗,并且合理的速度规划也可以提高基座的稳定性。本文首先对自由漂浮空间机器人的运动学和动力学展开了研究。对空间机器人的运动学建模利用了基于连杆重心的建模方法,而对空间机器人的动力学建模是在拉格朗日方法的基础上完成的。在运动学和动力学的基础上,然后本文分别应用三种方法对其进行了最优路径规划研究。通过现在常用的Gauss伪谱法求解自由漂浮空间机器人的最优路径规划问题,收敛速度快,精度高,结果可靠。然后本文采用和Gauss伪谱法相似而又有自己独有特色的Radau伪谱法对该问题进行研究。在最终时间受限和不受限的两种情况下,以时间最优,能量最优以及基座稳定性最优为综合目标,本文给出了空间机器人从初始位姿到最终位姿的最优路径规划曲线。空间机器人在执行不同任务时,要求的位置精度以及速度精度也是不同的。本文在多段Radau伪谱法的基础上,提出了求解自由漂浮空间机器人最优路径规划问题的hp自适应伪谱法。该方法可以根据不同的要求,合理安排节点数量以及分段点。仿真结果显示该方法可以高效的完成当前空间机器人的最优路径规划问题。虽然在相同节点数量的情况下,该方法比Radau伪谱法求解的结果精度低,但是计算效率要优良得多。
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空间探测,机器人

的相关研究器人简介人是一类帮助人类进行太空探索活动、进行空间器人所处的空间环境是非常恶劣的，比如微重力都会对空间机器人产生毁灭性的影响，，所以它们别具一格的特点：(1)体积较小、体重轻、抗干功能比较全；(3)抵抗恶劣环境能力强。空间机器、计算机、控制科学、机械学、电子技术等多个以促进更加自主，更加智能航天设备的研制过程宙的厉害工具，空间机器人按照应用方式可以被安装在空间探测器上，通过无线通信的方式控制航定位系统的探测机器人，因为距离地球比较遥，无法实时控制，所以该类机器人主要靠自主控，并将探测结果传输给地球。

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表面凹凸不平的月球上行走，同时有两根天线，在其上安装的摄像头和其它特殊的传感器可以检面的特征， X 射线分光计，宇宙射线探测器和一获得更多数据，完成更多任务。给 Lunokhod1 供过安装在车两侧的太阳能帆板充电，晚上的时候钋- 210 放射性同位素加热器单元保证工作温度恒
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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