一种笛卡儿空间的自由漂浮空间机器人路径规划方法

针对自由漂浮空间机器人工作时需保证载体姿态稳定的问题,提出了一种笛卡儿空间内载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人非完整路径规划方法．首先,基于自由漂浮空间机器人特征方程和角动量守恒方程得到广义雅可比矩阵;其次,出于路径规划的需要,分析了载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人可达工作空间;最后,引入相关系数,设计了笛卡儿空间内的无扰向量合成算法．仿真得到的路径规划结果表明机械臂末端达到目标点的同时确保了载体姿态无扰动,从而验证了所提方法的可行性和有效性．     

自由漂浮空间机器人避奇异规划—跟踪算法

针对路径相关空间内自由漂浮空间机器人无法进行有效跟踪控制的问题,设计了一种避奇异轨迹规划—跟踪算法,用于完成路径相关空间机械臂末端轨迹跟踪控制的任务．首先,分析奇异条件并设定安全边界曲线,求解回避奇异的基座姿态角阈值,从而得到避奇异参考轨迹及初始状态值．接着,利用自由漂浮空间机器人非线性动力学模型具有状态依赖参数的类线性结构特点,基于状态依赖Riccati方程设计跟踪控制器对末端速度进行跟踪,保证闭环系统的局部渐近稳定性．所提方法克服了传统方法将工作空间约束在路径无关空间的缺点．仿真结果表明,该算法具有比比例微分（proportional derivative,PD）控制更高的跟踪精度．同时,在存在输入干扰的情况下仍然能够实现有效跟踪．     

输入有界的自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制

针对自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制问题, 首先利用拉格朗日和假设模态法建立了动力学模型. 分析系统动力学模型, 综合考虑欠驱动、柔性振动等特点, 将其简化为一种带有柔性振动扰动完全可控的动力学模型; 在此基础上, 考虑控制输入受限, 提出一种自适应状态反馈控制策略. 该策略采用自适应技术实时在线学习柔性振动扰动参数, 从而保证控制律对柔性振动扰动具有良好的鲁棒性; 最后, 基于Lyapunov方法证明了该控制策略能够实现关节期望轨迹的跟踪. 仿真验证了该控制策略对控制输入受限系统轨迹跟踪控制的有效性和可靠性.     

自由漂浮空间机器人末端轨迹优化自适应控制

惯性参数不确定情况下的自由漂浮空间机器人(FFSR)轨迹跟踪控制是当前FFSR自主控制研究的重点与难点之一.针对该问题,提出一种FFSR末端轨迹优化自适应跟踪控制方法.该方法首先基于离散状态依赖黎卡提方程(DSDRE),设计两级DSDRE优化跟踪控制器,然后在控制器输出基础上,通过求解有约束条件下的非线性优化问题实现FFSR惯性参数的辨识,进而根据辨识结果调整控制器相关参数,实现FFSR末端轨迹的优化自适应跟踪控制.最后,采用平面两连杆FFSR模型进行仿真,验证了所提出方法的有效性.     

自由漂浮空间机器人轨迹跟踪的模型预测控制

针对传统控制方法难以解决自由漂浮空间机器人(free-floating space robot, FFSR)轨迹跟踪过程中的各类约束的问题,采用模型预测控制对自由漂浮空间机器人的轨迹跟踪问题进行了研究.在自由漂浮空间机器人拉格朗日动力学模型的基础上,建立了系统伪线性化的扩展状态空间模型;在给定系统的性能指标和各类约束的情况下,基于拉盖尔模型设计相应的离散模型预测控制器,并证明控制器的稳定性,控制器中引入任务空间滑模变量实现了对末端期望位置和期望速度的同时跟踪;以平面二杆自由漂浮空间机器人为例,对无约束末端轨迹跟踪和有约束末端轨迹跟踪两种情况进行对比仿真验证.仿真结果表明,该模型预测控制器不仅可以实现对末端期望轨迹的有效跟踪,还能满足各类约束.     

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程．通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型,并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程．最后,讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题,并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性．     

基于运动学和动力学的关节空间轨迹规划

在机器人轨迹优化设计的研究中,轨迹规划是实现机器人高速、高精度运行的核心,合理的轨迹规划不仅要满足机器人的运动学要求,而且要满足机器人的动力学要求,在驱动电机不变的情况下,增加机器人的速度和载荷是轨迹规划的难点。利用先进的python软件对机器人的运行轨迹进行深入的分析,在关节空间内采用五次插值多项式进行运动轨迹拟合,并将动力学模型加入到轨迹规划中。生成的拟合曲线表明,机器人在关节空间和工作空间内的位移、速度、加速度、加加速度曲线连续可导,各时间段的峰值力矩、峰值功率趋于同一数值,能有效的提高运动部件的速度和寿命。     

基于神经网络的自由漂浮空间机器人关节空间鲁棒跟踪控制

针对存在不确定性以及干扰的自由漂浮空间机器人关节空间轨迹跟踪问题,提出了一种基于鲁棒控制思想的神经网络鲁棒控制方法.对于控制器中由系统惯性参数不确定性引起的非线性不确定项,利用径向基函数(RBF)神经网络进行逼近,并且利用鲁棒控制器使系统镇定并保证从干扰到跟踪误差的增益小于或等于给定的指标.最后,对本文提出的控制方案进...     

柔性空间机器人振动抑制轨迹规划算法

本文首次提出了一个描述柔性空间机器人振动的可直接计算的激振力指标，进 而提出了柔性空间机器人抑振轨迹规划算法．该算法采用均匀非周期四阶B样条描述机器人 的运动轨迹，B样条的控制点作为优化参数，使用改进的微粒群优化算法，以激振力为性能 指标对轨迹进行优化求解．该方法根据激振力指标而不是待定轨迹的控制结果来判定轨迹的 抑振性能，极大地简化了规划过程．对柔性双臂空间该机器人的抑振轨迹规划仿真，表明优 化轨迹取得了良好的振动抑制效果，证明了算法的有效性．     

自由飘浮空间机器人系统基座姿态调整

规划机械臂的运动以调整作为其基座的卫星的姿态，既节约姿控燃料，又可作为常规姿控系统的备份手段．首先，建立自由飘浮空间机器人系统的状态方程，其状态变量为关节角和卫星姿态角，输入变量为关节角速度．基于系统能控性理论，规划连接系统初始状态和期望状态的路径，实现了仅通过机械臂关节的运动同时控制基座姿态和机械臂关节角的目的．从理论上分析了机械臂的能量消耗，给出了使能量指标最小的近似最优算法．仿真结果表明了该方法的有效性．     

自由浮动空间冗余度机械臂避奇异规化的混沌运动抑制控制

推导出自由浮动空间冗余度机械臂的广义雅可比矩阵,讨论空间机械臂避奇异问题,基于梯度投影法选取空间机械臂的运动学可操作度作为避奇异优化目标函数,利用关节空间的自运动,实现自由浮动冗余度空间机械臂的避奇异运动规划,混沌数值计算表明,空间冗余度机械臂避奇异运动时,其关节零空间的自运动处于混沌状态,利用状态延迟反馈控制来实现空间冗余度机械臂避奇异时的混沌抑制,将关节运动镇定到稳定的周期轨道。     

A Ground Experiment System of Free-floating Robot For Capturing Space Target

Technology for the capturing of space target is very important for on-orbit servicing. In order to assure the task is accomplished successfully, ground experimentations are required for the verification of the planning and control algorithms of space robotic system before it is launched. In this paper, an experiment concept is used, which is a hybrid approach, i.e. it combines the mathematical model with the physical model. The key issues of the concept are dynamic emulation and kinematic equivalence, in which the behaviors of the space robotic system are calculated by its dynamic equations. The motion of its end-effector and the space target is realized by two industrial robots. According to different observation spots, two modes of capturing process are emulated: one is observed from the inertial frame, the other is from the space base. Based on the concept proposed above, a ground experiment system is set up, which is composed of two industrial robots, a set of global visual system and five industrial computers. Using the system, algorithms of space robot of any geometry and mass properties can be tested. As an example, the autonomous trajectory planning algorithm is verified by the experiment of capturing a moving target. Moreover, a real-time 3D simulation system is developed to emulate the capturing process in 3D space. Numeric simulation and experiment results show that the ground system is effective in evaluating the planning and control algorithms of space robot.     

任务空间实时轨迹规划的旋量方法

：基于旋量提出了一种任务空间实时轨迹规划的新算法．该算法借鉴了机器人制导的设计思想,以 空间机器人目标捕获为应用背景,可以仅依靠视线测量信息实现多种约束条件下的轨迹规划．首先给出了矢 量的旋量表示方法,在此基础上设计了一种类似于比例导引的新型三维制导律．应用新型三维制导律计算出 运动的法向加速度,并根据安全性的要求计算出线加速度;两者结合完成了轨迹生成的实时算法．生成的轨 迹安全可行,且具有一定的优化特性．仿真结果证明了该规划算法的有效性．     

基于Vega的双臂空间机器人飞行及捕捉目标的轨迹规划仿真

提出了一种利用Vega来实现双臂空间机器人飞行及捕捉目标的轨迹规划仿真系统．简要介绍了仿真系统的开发环境及其实现方法．该仿真系统在SGI工作站上, 利用Multigen Creator 建模工具和三维视景仿真软件Vega来实现空间机器人本体及被捕捉目标的建模和仿真, 能为机器人的轨迹规划、运动学分析和运动控制的算法设计提供重要信息, 并能对其理论和算法的可行性加以验证．     

基于区域限定的奇异位置避免规划算法

目前人们关于奇异位形的处理研究主要包括两大类,一类是研究如何避免,一类是研究如何通过奇异点.在分析了国内外关于奇异位形的研究基础上,本文提出了基于空间区域限定的奇异位置避免算法.其核心思想就是预先对机器人运动轨迹进行规划,给出了奇异位置及邻近奇异位置的区域划分方法,从而保证在笛卡尔空间规划时能规划出一合理的插值点,同时也基于高次多项式曲线理论对关节空间规划做了优化,保证了关节和末端运动的连续性、稳定性等.通过6轴机械臂在四五六关节时的奇异为实例,运用该算法对奇异的处理做了实例分析.然后通过给定初始点和目标点的位姿等参数,定时采样数据,并利用MATLAB对规划前后获得的数据进行了图形仿真,验证了该算法的正确性和可行性.     

一种球形机器人运动轨迹规划与控制

阐述一种非完整欠驱动系统的控制设计和运动规划策略 ,研制出一种全新的全方位行走机器人 ,由于其具有特殊的灵活性 ,可应用于各种不同的场合 .