六自由度空间机器人动力学建模与控制研究
发布时间：2021-02-26 05:30
随着航天技术的不断发展,空间机器人因其能够适应空间恶劣的环境、长时间在舱外工作、降低在轨服务成本、提高在轨服务效率以及完成宇航员难以胜任的高精度、高可靠度任务等优势,已经成为当前在轨服务技术发展和应用的热点之一,并逐渐应用于空间站建造与运营支持、卫星组装与服务、行星表面探测与空间实验等任务中。由于空间机器人系统动力学方程本身所呈现的复杂非线性和耦合性,加上一些大型挠性部件的使用（如帆板）,使得其在动力学以及捕获动力学问题上面临诸多的难题。此外,由于空间机器人系统结构复杂并工作在恶劣的空间环境下,导致动力学系统的参数难以确定并且有可能引起系统执行机构发生故障或失效,使得其在控制系统设计方面也面临着巨大的挑战。本学位论文在国家自然科学基金（11772187）和上海市自然科学基金（14ZR1421000）的资助下,开展了带柔性帆板的六自由度空间机器人动力学与控制问题的研究,主要研究内容和成果总结如下:（1）对带柔性帆板的六自由度空间机器人的动力学建模问题进行了研究。基于单向递推方法和虚功率原理详细地推导了空间机器人的运动学方程、动力学方程,并且通过与商业软件ADAMS的仿真计算结果对比验证了...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太空垃圾数量的增长[6]
的宝贵轨道资源，也对正常在轨运转的其他航天器执行任务带此对于如何清理这些太空垃圾的问题引起了世界各国的高度重2 所示，利用空间机器人来对它们进行捕获、然后将其拉进坟墓更低轨道进入大气层销毁，是其中的一个重要技术手段。图 1-1 太空垃圾数量的增长[6]Fig. 1-1 Growth of space junk[6]
效卫星再利用。发射升空后的卫星，由于受到空间恶劣的环境的影响，可能造成提供能量的太阳能帆板无法正常展开，从而导工作使用，也有可能使得通讯设施无法正常对地定向通讯，这些星成为废星[11,12]。1997 年 6 月 30 日，价值 4.74 亿美元、原本设日本 Adeos 卫星在工作一年后，由于太阳翼故障而导致完全失公开的已发射最大和最复杂的卫星之一。2006 年 10 月，西昌卫的由中航科技集团研制的“鑫诺二号”通信广播卫星，由于该卫帆板和收发信号的天线没能成功展开工作，最终导致这颗耗费为一颗废星。以上这些问题的解决方法之一是利用空间机器人对作处理，使得他们能够重新工作。相比再次发射另外的卫星，这发射成本显著降低，卫星的使用寿命可以大幅提升，而且还可以服务性能大大提高，从而提高其经济效益。图 1-3 利用空间机器人为目标星添加燃料[9]Fig. 1-3 Using space robot to add fuel to the target satellite[9]
【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人智能控制策略研究[J]. 杨立波,徐志强. 信息记录材料. 2016(05)
[2]DARPA地球静止轨道机器人项目综述[J]. 闫海江,范庆玲,康志宇,肖余之. 机器人. 2016(05)
[3]漂浮基空间机器人执行机构部分失效故障的分散容错控制[J]. 赵紫汪,陈力. 载人航天. 2016(01)
[4]空间机器人发展现状与思考[J]. 林益明,李大明,王耀兵,王友渔. 航天器工程. 2015(05)
[5]柔性关节双臂空间机器人的滑模神经网络控制[J]. 陈志勇,郭益深,陈力. 系统仿真学报. 2014(12)
[6]漂浮基柔性关节空间机器人奇异摄动鲁棒控制[J]. 谢立敏,陈力. 振动.测试与诊断. 2013(04)
[7]国内外空间机器人技术发展综述[J]. 张文辉,叶晓平,季晓明,吴夏来,朱银法,王超. 飞行力学. 2013(03)
[8]漂浮基柔性空间机器人的鲁棒控制及振动抑制[J]. 谢立敏,陈力. 力学学报. 2012(06)
[9]基于Kane方法的双臂空间机器人动力学分析[J]. 殷志锋,葛新锋. 机械科学与技术. 2012(08)
[10]空间机器人非合作航天器在轨服务研究进展[J]. 梁斌,杜晓东,李成,徐文福. 机器人. 2012(02)
博士论文
[1]空间机器人多体动力学及捕获问题研究[D]. 刘晓峰.上海交通大学 2016
[2]空间柔性机械臂动力学建模分析及在轨抓捕控制[D]. 潘冬.哈尔滨工业大学 2014
[3]空间机器人自主捕获目标的轨迹规划与控制研究[D]. 史也.哈尔滨工业大学 2013
[4]刚柔混合漂浮基空间机器人系统的智能神经网络控制[D]. 黄登峰.福州大学 2011
[5]空间自主在轨服务航天器近距离操作运动规划研究[D]. 王平.哈尔滨工业大学 2010
[6]空间机器人目标捕获的路径规划与实验研究[D]. 徐文福.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]柔性机械臂的建模及智能控制[D]. 潘媛.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3052124
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太空垃圾数量的增长[6]
的宝贵轨道资源，也对正常在轨运转的其他航天器执行任务带此对于如何清理这些太空垃圾的问题引起了世界各国的高度重2 所示，利用空间机器人来对它们进行捕获、然后将其拉进坟墓更低轨道进入大气层销毁，是其中的一个重要技术手段。图 1-1 太空垃圾数量的增长[6]Fig. 1-1 Growth of space junk[6]
效卫星再利用。发射升空后的卫星，由于受到空间恶劣的环境的影响，可能造成提供能量的太阳能帆板无法正常展开，从而导工作使用，也有可能使得通讯设施无法正常对地定向通讯，这些星成为废星[11,12]。1997 年 6 月 30 日，价值 4.74 亿美元、原本设日本 Adeos 卫星在工作一年后，由于太阳翼故障而导致完全失公开的已发射最大和最复杂的卫星之一。2006 年 10 月，西昌卫的由中航科技集团研制的“鑫诺二号”通信广播卫星，由于该卫帆板和收发信号的天线没能成功展开工作，最终导致这颗耗费为一颗废星。以上这些问题的解决方法之一是利用空间机器人对作处理，使得他们能够重新工作。相比再次发射另外的卫星，这发射成本显著降低，卫星的使用寿命可以大幅提升，而且还可以服务性能大大提高，从而提高其经济效益。图 1-3 利用空间机器人为目标星添加燃料[9]Fig. 1-3 Using space robot to add fuel to the target satellite[9]
【参考文献】：
期刊论文
[1]机器人智能控制策略研究[J]. 杨立波,徐志强. 信息记录材料. 2016(05)
[2]DARPA地球静止轨道机器人项目综述[J]. 闫海江,范庆玲,康志宇,肖余之. 机器人. 2016(05)
[3]漂浮基空间机器人执行机构部分失效故障的分散容错控制[J]. 赵紫汪,陈力. 载人航天. 2016(01)
[4]空间机器人发展现状与思考[J]. 林益明,李大明,王耀兵,王友渔. 航天器工程. 2015(05)
[5]柔性关节双臂空间机器人的滑模神经网络控制[J]. 陈志勇,郭益深,陈力. 系统仿真学报. 2014(12)
[6]漂浮基柔性关节空间机器人奇异摄动鲁棒控制[J]. 谢立敏,陈力. 振动.测试与诊断. 2013(04)
[7]国内外空间机器人技术发展综述[J]. 张文辉,叶晓平,季晓明,吴夏来,朱银法,王超. 飞行力学. 2013(03)
[8]漂浮基柔性空间机器人的鲁棒控制及振动抑制[J]. 谢立敏,陈力. 力学学报. 2012(06)
[9]基于Kane方法的双臂空间机器人动力学分析[J]. 殷志锋,葛新锋. 机械科学与技术. 2012(08)
[10]空间机器人非合作航天器在轨服务研究进展[J]. 梁斌,杜晓东,李成,徐文福. 机器人. 2012(02)
博士论文
[1]空间机器人多体动力学及捕获问题研究[D]. 刘晓峰.上海交通大学 2016
[2]空间柔性机械臂动力学建模分析及在轨抓捕控制[D]. 潘冬.哈尔滨工业大学 2014
[3]空间机器人自主捕获目标的轨迹规划与控制研究[D]. 史也.哈尔滨工业大学 2013
[4]刚柔混合漂浮基空间机器人系统的智能神经网络控制[D]. 黄登峰.福州大学 2011
[5]空间自主在轨服务航天器近距离操作运动规划研究[D]. 王平.哈尔滨工业大学 2010
[6]空间机器人目标捕获的路径规划与实验研究[D]. 徐文福.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]柔性机械臂的建模及智能控制[D]. 潘媛.哈尔滨理工大学 2015
本文编号：3052124
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