空间机械臂在轨插、拔孔操作基于力/位姿跟踪指数型阻抗控制

作     者：曾晨东 陈力 ZENG Chen-dong;CHEN Li

作者机构：福州大学机械工程及自动化学院福州350116 

出 版 物：《工程科学学报》 (Chinese Journal of Engineering)

年 卷 期：2022年第44卷第2期

页      面：254-264页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 0701[理学-数学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(11372273) 福建省工业机器人基础部件技术重大研发平台资助项目(2014H21010011)。 

主　　题：空间机械臂 在轨操作 插、拔孔操作 力/位姿 指数型阻抗控制 

摘      要：讨论了空间机械臂在轨插、拔孔操作的阻抗控制问题.为此,结合系统动量守恒关系,空间机械臂替换部件末端输出插、拔孔主动力与孔内所受摩擦阻力作用关系,以及第二类拉格朗日方程,推导得到了载体位置、姿态均不受控制情况下,空间机械臂在轨插、拔孔操作过程系统动力学方程.同时,根据相关操作控制系统设计需要,利用系统位置几何关系分析、建立了空间机械臂替换部件末端相对基联坐标系的相对运动雅可比关系.之后,由空间机械臂替换部件末端位姿与末端输出插、拔孔主动力之间的动态关系并结合阻抗控制原理,建立了二阶线性阻抗模型.在上述工作基础上,针对空间机械臂在轨插、拔孔操作过程同时存在运动学与动力学不确定性的情况,设计了空间机械臂替换部件末端力/位姿跟踪指数型阻抗控制策略;并通过李雅普诺夫理论,证明了控制系统的稳定性.提到的控制策略具有结构简单、收敛速度快、稳定性好的特点.系统数值仿真,验证了上述控制策略的有效性.