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弹性基和弹性关节空间机器人的自适应鲁棒抗扰控制及振动抑制

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自动化学报 2018年第7期44卷 1271-1281页

作者：陈志勇张婷婷郭益深福州大学机械工程及自动化学院福州350116

研究不确定弹性基和弹性关节空间机器人的抗扰运动控制及基座和关节弹性振动同步抑制问题.在对基座和关节弹性进行等效线性弹簧假设的基础上,建立了弹性基和弹性关节空间机器人的动力学方程,并推导了基于等效刚度思想的奇异摄动慢、快... 详细信息

研究不确定弹性基和弹性关节空间机器人的抗扰运动控制及基座和关节弹性振动同步抑制问题.在对基座和关节弹性进行等效线性弹簧假设的基础上,建立了弹性基和弹性关节空间机器人的动力学方程,并推导了基于等效刚度思想的奇异摄动慢、快变子系统.对传统参数自适应控制律进行σ修正并与鲁棒抗扰控制相结合,对不确定参数和有界外部扰动影响下的慢变子系统提出了基座姿态和臂杆关节刚性运动轨迹跟踪的改进自适应鲁棒抗扰控制方案.使用高增益线性状态观测器对快变高阶量进行实时观测,针对快变子系统设计了基座和关节弹性振动同步抑制的改进最优控制方案.仿真示例分析,表明了所提混合控制方案在空间机器人抗扰运动控制及振动抑制上的有效性.

关键词：空间机器人弹性基弹性关节抗扰控制振动抑制

空间机器人目标捕获过程中的载体姿态扰动优化

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机器人 2011年第1期33卷 16-21+27页

作者：吴剑威史士财刘宏蔡鹤皋哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室

针对自由飘浮空间机器人在捕获目标的过程中会对其载体姿态产生扰动的问题,提出了一种新的笛卡儿轨迹参数化方法.建立了反映载体姿态变化的目标函数该函数既可以限制机器人关节角的运动范围,也可以避免动力学奇异的影响.利用遗传算法进... 详细信息

针对自由飘浮空间机器人在捕获目标的过程中会对其载体姿态产生扰动的问题,提出了一种新的笛卡儿轨迹参数化方法.建立了反映载体姿态变化的目标函数该函数既可以限制机器人关节角的运动范围,也可以避免动力学奇异的影响.利用遗传算法进行目标函数的优化,有效降低了空间机器人末端执行器在跟踪笛卡儿轨迹时对载体姿态的影响.仿真结果验证了算法的有效性.

关键词：轨迹规划空间机器人参数化方程遗传算法反作用优化避奇异

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空间多机器人协同的多视线仅测角相对导航

航空学报 2021年第1期42卷 309-319页

作者：韩飞刘付成王兆龙杜宣刘珊珊刘超镇上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109 上海航天技术研究院上海201109

研究了空间多机器人对非合作目标的多视线协同仅测角相对导航问题。为利用多视线信息融合提升仅测角相对导航性能,给出了一种可观测度优化的多视线仅测角相对导航方法。首先基于二阶CW方程构建了中心机器人与目标相对动力学模型和状态方... 详细信息

研究了空间多机器人对非合作目标的多视线协同仅测角相对导航问题。为利用多视线信息融合提升仅测角相对导航性能,给出了一种可观测度优化的多视线仅测角相对导航方法。首先基于二阶CW方程构建了中心机器人与目标相对动力学模型和状态方程,并构建了仅包含多伴飞机器人视线角的观测方程,结合扩展卡尔曼滤波算法,形成多视线仅测角相对导航系统;然后分析推导得到可观度最优的视线间夹角条件,提出了兼顾可观测度和长期自然维持的多伴飞机器人观测构型优化方法;最后,数学仿真结果表明,提出的多视线仅测角相对导航系统、可观测度最优的视线夹角条件和观测构型优化方法,可以显著提高距离状态可观测度和估计性能,且具有较好的工程可用性。

关键词：空间机器人仅测角相对导航多视线协同可观测度观测构型

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空间机器人遥操作地面验证技术研究

机器人 2009年第1期31卷 8-14,19页

作者：王学谦梁斌徐文福李成哈尔滨工业大学深圳研究生院广东深圳518055 哈尔滨工业大学空间智能系统研究所黑龙江哈尔滨150001

针对空间机器人遥操作任务需求,建立了一套遥操作地面验证了系统.该地面验证子系统由天地通信模拟模块、空间机器人动力学模块、物理验证模块及星载验证模块组成.天地通信模拟模块对天地通信链路的时延和带宽进行模拟,动力学模块根据遥... 详细信息

针对空间机器人遥操作任务需求,建立了一套遥操作地面验证了系统.该地面验证子系统由天地通信模拟模块、空间机器人动力学模块、物理验证模块及星载验证模块组成.天地通信模拟模块对天地通信链路的时延和带宽进行模拟,动力学模块根据遥操作命令计算系统的动力学响应,物理验证模块和星载验证模块分别对空间机器人的末端运动、中央控制器的运算能力和执行时序进行验证,实验结果表明了该子系统的有效性.

关键词：空间机器人遥操作地面验证运动学等效

空间机器人捕获漂浮目标的抓取策略研究(英文)

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Chinese Journal of Aeronautics 2010年第5期23卷 591-598页

作者：魏承刘天喜赵阳哈尔滨工业大学航天学院

空间机器人捕获漂浮目标时,机械臂手部与目标之间不可避免地发生频繁的接触碰撞,严重影响空间机器人本体的位姿与抓取安全。本文引入了"动态抓取域"描述机械臂抓取目标时的碰撞过程,建立了抓取域控制方程,并分析了抓取控制参数及基体和... 详细信息

空间机器人捕获漂浮目标时,机械臂手部与目标之间不可避免地发生频繁的接触碰撞,严重影响空间机器人本体的位姿与抓取安全。本文引入了"动态抓取域"描述机械臂抓取目标时的碰撞过程,建立了抓取域控制方程,并分析了抓取控制参数及基体和目标质量等对抓取过程的影响,结合生活经验发现当速度控制参数与调配增益系数乘积接近并小于最小抓取速度时,能够极大的减小抓取过程中的碰撞冲击,进而给出了理想的抓取策略。结果表明:在相同抓取时间下,应用抓取策略明显优于加速抓取,碰撞力幅值降低到加速抓取时的20%左右,且姿态控制力矩仅为加速抓取的15%,对空间机器人的激振冲击明显消除。抓取策略的研究对空间机器人的捕获抓取有着重要的理论价值及工程实际意义。

关键词：空间机器人捕捉目标浮动接触碰撞控制参数碰撞过程控制方程群众基础

含弹簧阻尼缓冲机构空间机器人捕获卫星操作的避撞柔顺强化学习控制

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控制理论与应用 2020年第8期37卷 1727-1736页

作者：朱安陈力福州大学机械工程及自动化学院福建福州350116

针对空间机器人捕获卫星操作过程中,关节因受冲击载荷而易造成冲击破坏的问题,在关节电机与机械臂之间设计了一种弹簧阻尼缓冲机构.缓冲机构不仅能利用弹簧实现捕获操作过程的柔顺化,利用阻尼器实现碰撞能量的吸收及柔性振动的抑制;还... 详细信息

针对空间机器人捕获卫星操作过程中,关节因受冲击载荷而易造成冲击破坏的问题,在关节电机与机械臂之间设计了一种弹簧阻尼缓冲机构.缓冲机构不仅能利用弹簧实现捕获操作过程的柔顺化,利用阻尼器实现碰撞能量的吸收及柔性振动的抑制;还能通过合理设计与之配合的避撞柔顺策略使关节所受冲击力矩限定在安全范围内.首先,分别利用含耗散力Lagrange方程法与Newton-Euler法导出了碰撞前的空间机器人与被捕获卫星的分体系统动力学方程;然后,结合Newton第三定律、捕获点的速度约束、各分体的位置约束获得了捕获后的混合体系统动力学方程,且基于动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力;最后,提出了一种结合缓冲机构的避撞柔顺强化学习控制方案,该方案通过实时与动态环境试错交互得到惩罚信号,并利用惩罚信号对控制器进行优化,实现对失稳混合体系统的镇定控制.利用Lyapunov定理证明了系统的稳定性;数值仿真验证了缓冲结构的抗冲击性能及所提策略的有效性.

关键词：空间机器人弹簧阻尼缓冲机构避撞柔顺策略冲击效应强化学习

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空间机器人目标捕获过程的碰撞冲击分析

计算机仿真 2016年第2期33卷 438-442页

作者：谢冉孔祥龙师鹏赵育善北京航空航天大学宇航学院北京100191 上海卫星工程研究所上海200240

针对空间机器人捕获目标过程中的基座航天器姿态扰动问题进行研究,提出了两种基座航天器姿态零扰动目标捕获方向的求解方法:解析法和遍历法。所提方法考虑了捕获目标运动特性对碰撞过程的影响,并在零扰动冲击力方向分析的基础上,分别推... 详细信息

针对空间机器人捕获目标过程中的基座航天器姿态扰动问题进行研究,提出了两种基座航天器姿态零扰动目标捕获方向的求解方法:解析法和遍历法。所提方法考虑了捕获目标运动特性对碰撞过程的影响,并在零扰动冲击力方向分析的基础上,分别推导了解析法和遍历法的求解过程,给出了姿态零扰动目标捕获方向的解析表达式。利用Spacedyn工具箱进行了仿真验证,两种算法的仿真结果在数值计算精度允许的范围内是一致的,从而验证了上述方法的正确性。

关键词：空间机器人碰撞分析目标捕获

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空间机器人全局逼近收敛控制

电光与控制 2018年第10期25卷 24-27,61页

作者：张欢庆刘宜成四川大学电气信息学院成都610065

针对自由漂浮空间机器人系统,设计了一种全局逼近收敛控制器,解决了存在初始状态误差及外界干扰条件下的系统鲁棒性问题。首先,根据空间机器人系统的状态空间方程设计控制器,该控制器将控制输出特性与控制增益隔离开,对系统模型的不确... 详细信息

针对自由漂浮空间机器人系统,设计了一种全局逼近收敛控制器,解决了存在初始状态误差及外界干扰条件下的系统鲁棒性问题。首先,根据空间机器人系统的状态空间方程设计控制器,该控制器将控制输出特性与控制增益隔离开,对系统模型的不确定性及外界干扰具有强鲁棒性。另外,该控制方法避免了类似反演控制方法带来的复杂度高的问题。其次,从理论上证明了该控制器能够实现机器人系统对期望路径的跟踪。最后,针对单臂六自由度空间机器人系统,分别使用该控制器与鲁棒补偿控制器进行了仿真分析。仿真结果证实了该控制器的强鲁棒性。

关键词：空间机器人全局逼近收敛控制路径跟踪鲁棒性

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空间机器人专用控制计算机体系结构研究

计算机集成制造系统 2008年第9期14卷 1810-1817页

作者：史国振孙汉旭贾庆轩郑一力程时端北京邮电大学计算机科学与技术学院北京邮电大学自动化学院北京100876

空间机器人自主控制要求控制计算机具有高处理能力,而传统的星载计算机处理器只有低运算能力。为解决该矛盾,提出了一种基于传统的处理器和专用协处理器的新型星载计算机体系结构。该计算机采用了双机冷热备份的冗余容错策略,基于现场... 详细信息

空间机器人自主控制要求控制计算机具有高处理能力,而传统的星载计算机处理器只有低运算能力。为解决该矛盾,提出了一种基于传统的处理器和专用协处理器的新型星载计算机体系结构。该计算机采用了双机冷热备份的冗余容错策略,基于现场可编程门阵列器件设计的专用协处理器处理机器人运动规划,同时具备纠检错功能的计算机存储系统。通过仿真及原理样机地面试验证明了本设计的正确性和有效性。该设计将运动学计算时间降低了两个数量级,提高了系统的有效处理速度。

关键词：空间机器人计算机体系结构协处理器可编程门阵列纠检错运动学