自由漂浮空间机器人点到点避奇异运动控制方法

作     者：羊帆 张国良 张合新 宋海涛 YANG Fan;ZHANG Guoliang;ZHANG Hexin;SONG Haitao

作者机构：火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 成都信息工程大学控制工程学院成都610225 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2018年第39卷第9期

页      面：240-250页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0811[工学-控制科学与工程] 

主　　题：自由漂浮空间机器人 点到点运动控制 离散状态依赖李卡提方程(DSDRE) 避奇异规划 冗余机械臂 

摘      要：针对具有冗余机械臂的自由漂浮空间机器人(Free Floating Space Robot,FFSR)点到点避免奇异性规划和控制问题,提出了一种冗余FFSR的点到点避免奇异控制方法。首先,该方法基于离散状态依赖李卡提方程(DSDRE)控制器设计方法,利用FFSR的动力学和运动学方程实现了FFSR系统方程的伪线性重构;然后,基于伪线性重构系统及DSDRE状态调节器设计方法实现了FFSR的关节角速度和末端位姿的同时跟踪控制;其次,根据跟踪控制器对FFSR广义雅克比矩阵(GJM)行满秩的设计要求,定义FFSR的奇异性判别依据,构造了避奇异约束函数;再次,由于冗余FFSR系统具有多逆运动学解特点,考虑关节角及关节角速度约束,结合避奇异约束函数设计了FFSR的期望轨迹在线规划器,进一步将设计的跟踪控制器与规划器相结合提出了冗余FFSR末端点到点避奇异运动控制方法。最后,为验证所提方法的有效性同时考虑简化计算,采用平面4连杆FFSR模型进行数值仿真,仿真结果表明所提点到点避奇异运动控制方法能够有效实现冗余FFSR系统的点到点避奇异运动。