自由漂浮柔性空间机器人轨迹跟踪控制

引起针对自由漂浮柔性空间机器人的轨迹跟踪控制问题,利用拉格朗日和假设模态法建立了动力学模 型,综合考虑其欠驱动、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,考虑载体姿态干扰,提出一种改进自适应非奇异终端滑模控制策略,该方法采用自适应技术实时在线 学习扰动参数,并引入条件积分改进滑模面消除干扰的稳态误差,从而保证所设计的控制律对扰动具有 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．仿真结果表明该 控制策略对载体姿态干扰下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力矩最优轨迹规划算法

针对自由漂浮空间机器人的轨迹规划问题,提出一种基于粒子群优化算法的机械臂关节角驱动力矩最优轨迹规划算法.首先通过对自由漂浮空间机器人系统的动力学方程进行分析,给出了以机械臂关节角驱动力矩为目标函数的轨迹最优控制算法,并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,结合粒子群优化算法对机械臂关节角轨迹进行优化求解.数值仿真表明,规划出的关节角轨迹平滑连续,在完成自由漂浮空间机器人姿态调整任务的同时,机械臂关节角驱动力矩降至最低.     

基于伪谱法的小型超音速无人机轨迹优化

为了提高小型超音速无人机的经济性能,针对配备加力燃烧室导致设计复杂、油耗过大的问题,提出小型无加力燃烧室的超音速无人机. 利用马赫俯冲机动突破音障,基于hp自适应伪谱法的最优控制轨迹规划方法,求解达到超音速巡航飞行的最小油耗和最小时间2种轨迹最优化问题. 该方法将控制与状态变量离散化,结合无人机飞行的物理过程,将多约束最优控制问题转化为非线性规划问题. 将本文与传统飞行方案所得的结果进行比较,分析重要设计参数对最优轨迹的影响. 仿真结果表明,利用该方法能够有效地规划出无人机从高亚音速到超音速飞行过程中的可行轨迹,得到的最小油耗、最小爬升时间均优于传统飞行方案,最小油耗降低约11%,最小爬升时间降低约46%.     

空间关节机器人轨迹规划

提出了一种简捷的空间机器人运动轨迹的优化方法，对求解机器人运动学逆问题较为有效。通过实例分析，它所得运动参数不但满足作业要求，而且使机器人以最佳状况进行作业。     

浅析机器人轨迹规划中关节空间轨迹的插值方法

介绍了机器人操作臂轨迹规划的概念及在关节空间进行轨迹规划的方法，重点讨论了关节轨迹的3种插值方法；三次多项式插值，过路径点的三次多项式插值和高阶多项式插值。     

自由漂浮空间机器人路径规划研究进展

介绍了空间机器人路径规划的特点,归纳了研究中的关键问题,以及空间机器人非完整路径规划、笛卡尔路径规划及目标捕获自主路径规划等方面的主要研究进展,讨论了各种规划方法的应用背景及优缺点,对空间机器人路径规划的研究前景进行了展望.     

基于多空间混合约束的NAO机器人抓取轨迹规划

为提高NAO机器人手臂抓取物体的可靠性,本论文提出关节空间和笛卡尔空间控制相结合的方法,设计NAO机器人手臂的轨迹进行目标抓取。由于目标大小已知,利用关节空间控制可以预先设定NAO机器人抓取的最佳姿态,即NAO机器人手臂各个关节角度。运用正运动学,计算手臂移动位置。在设定姿态后的位置与目标点之间,利用笛卡尔空间控制进行轨迹规划。实验表明,在NAO坐标系下,手臂抓取范围内该算法能够在给定范围内准确地完成空间抓取目标任务。     

自由飘浮机器人能量最优规划方法

将耦合刚体运动规划方法应用于自由飘浮空间机器人的轨迹规划中,得到一种针对能量优化的规划算法.仿真结果表明,该方法得到的轨迹不仅消耗能量小,而且关节轨迹平滑,适合于空间机器人的应用要求.     

KLD-600机器人轨迹规划的分析

在对KLD-600机器人的正逆运动学分析的基础上，采用关节空间法分析了轨迹规划，建立了控制程序基础模型.实际动态实验表明，该机器人末端执行器的运行轨迹与规划轨迹相吻合.     

机器人的平面曲线轨迹规划方法

提出了一种满足笛卡尔空间与关节空间混合约束的机器人平面曲线轨迹规划方法.在笛卡尔空间讨论了控制节点的选取,节点间运动时间的分配,以及规划轨迹与要求轨迹的位置偏差和姿态偏差的估计方法;在关节空间讨论了三次样条函数插值及满足关节速度、加速度及力矩约束的方法.根据规划轨迹与要求轨迹偏离情况,非均匀地插入控制节点.通过增加有限的控制节点,有效地控制偏差,减少计算量.给出了完整的平面曲线轨迹规划算法.仿真实例验证了算法的有效性和可行性.     

Re-entry trajectory optimization using a multiple-interval Radau pseudospectral method

Aiming at increasing the calculation efficiency of the pseudospectral methods,a multiple-interval Radau pseudospectral method ( RPM) is presented to generate a reusable launch vehicle ( RLV) ’s optimal reentry trajectory. After dividing the optimal control problem into many intervals,the state and control variables are approximated using many fixed-and low-degree Lagrange polynomials in each interval. Convergence of the numerical discretization is then achieved by increasing the number of intervals. With the application of the proposed method,the normal nonlinear programming ( NLP) problem transcribed from the optimal control problem can avoid being dense because of the low-degree approximation polynomials in each interval. Thus,the NLP solver can easily compute a solution. Finally,simulation results show that the optimized re-entry trajectories satisfy the path constraints and the boundary constraints successfully. Compared with the single interval RPM, the multiple-interval RPM is significantly faster and has higher calculation efficiency. The results indicate that the multiple-interval RPM can be applied for real-time trajectory generation due to its high efficiency and high precision.     

基于多种群竞争松鼠搜索算法的机械臂时间最优轨迹规划

针对传统智能优化算法在机械臂关节空间进行时间最优轨迹规划应用中存在的寻优效率低、优化结果全局性和稳定性差的问题,提出新的机械臂时间最优轨迹规划方法. 在建立机械臂关节空间内的时间最优轨迹规划模型时考虑位置约束,根据输入的关节点列,使用S形曲线估算时间的取值区间,对生成算法的所有个体进行多种群竞争迭代,得出机械臂关节空间轨迹规划的时间最优解. 与不同算法的仿真对比试验结果表明,所提方法较传统的优化算法具有更高的寻优效率和更好的优化全局性;所提方法的稳定性好,其多次优化结果的方差相较单种群算法低3个数量级.     

基于C空间分解—路标法的机械手路径规划

针对核反应堆检修用多关节机械手的路径规划问题,提出了一种基于C空间分解-路标法的路径规划算法.由于该机械手C空间维数较高,因此将整个C空间分解成2组低维子空间,分别基于子空间建立路标图,并扩充成整个C空间内的路标图,从而将路标图的搜索维数由六维转化为三维,降低了路标图的搜索空间.同时为进一步提高路标图的质量,采用自适应变步长法来选取路标节点,根据前两时刻机械手各关节点距障碍物距离的变化情况来决定下一路标点的选择.仿真结果表明该方法不仅缩短了在线实时规划的时间,而且提高了路径规划的成功率.     

空间机械臂姿态运动规划的粒子群方法

空间自由漂浮的航天器系统在忽略外力矩的作用时,系统因对总质心的角动量矩守恒而成为非完整系统.基于这样的特性,讨论了带双臂航天器姿态运动的控制问题.利用粒子群算法确定最优控制输入信号,得到了系统非完整运动的优化轨迹.通过数值仿真,表明该算法解决空间机械臂非完整运动规划问题是有效的.     

机械手的一种轨迹规划

提出了机械手在作两圆柱相贯线运动时的一种有效轨迹规划方法;在抓手位置描述的基础上,用几何法完成了空间位姿的描述,使抓手位置的描述简单明了,减少工作量;利用变角速度实现理想的运动效果,并计算出迪卡尔空间的路径点;对关节变量作了多项式插值,充分满足各节点处的速度值;本方法不局限于机器人的具体结构和类型,具有一定的通用性。     

空间机器人终端滑模路径跟踪控制

对存在摩擦干扰力矩的自由漂浮空间机械臂任务空间路径跟踪控制问题采用终端滑模,实现了跟踪误差的有限时间镇定．同时考虑执行机构存在的死区特性,设计了自适应补偿机构,通过自适应控制来学习死区特性的上界,以确保跟踪控制的有效执行．最后基于Lyapunov方法,从理论上证明了闭环系统的全局稳定性,并通过数值仿真证明此控制器能够有效实现任务空间路径跟踪控制,且对干扰具有一定的鲁棒性．     

漂浮基空间机械臂的自适应控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基空间机器人系统的控制问题。结合系统动量守恒关系进行的运动学、动力学分析表明,可以得到一组与适当选择的惯性参数呈线性函数关系的、欠驱动形式的系统动力学方程。以此为基础,设计了系统参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法,该控制方案的优点在于,不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度。     

基于模糊补偿的连续型空间机械臂预定时间控制

针对多节线驱连续型空间机械臂系统,在考虑存在外界时变干扰与参数不确定的情况下,提出基于模糊补偿的预定时间姿态控制方法. 设计模糊估计器估计系统切换增益,补偿未知有界总干扰. 基于预定时间稳定性理论,结合滑模控制,提出预定时间控制方法,使机械臂系统在预先设定时间内到达稳定状态. 与基于有限时间理论的控制方法相比,所提基于预定时间控制方法的稳定时间与系统初始状态无关,可以根据实际系统需求预先设置,并且所提方法在系统收敛速度与精度上具有更优的控制性能. 基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性. 仿真结果表明,所提控制方法使系统姿态角误差快速收敛,并且预定时间稳定.