检索结果-南通市图书馆

自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的轨迹规划

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机器人 2012年第1期34卷 38-43页

作者：张福海付宜利王树国哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080

针对非完整约束导致的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵动力学奇异性问题,提出一种间接求解机器人逆运动学的方案.该方案通过运动方程分解并构造迭代函数,将动力学奇异转换为运动学奇异问题,避免直接求解逆广义雅可比矩阵,解决广义雅... 详细信息

针对非完整约束导致的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵动力学奇异性问题,提出一种间接求解机器人逆运动学的方案.该方案通过运动方程分解并构造迭代函数,将动力学奇异转换为运动学奇异问题,避免直接求解逆广义雅可比矩阵,解决广义雅可比矩阵动力学参数相关特性问题,仿真结果表明该方法能够有效地实现自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的非完整轨迹规划.

关键词：自由漂浮空间机器人动力学奇异非完整轨迹规划

自由漂浮空间机器人载体姿态扰动最优轨迹规划

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系统工程与电子技术 2011年第10期33卷 2277-2281页

作者：王永智胡庆雷石忠中国民航大学航空自动化学院天津300300 哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001 滨州职业学院山东滨州256603

针对机械臂运动产生的航天器载体姿态扰动,提出一种基于粒子群优化算法的自由漂浮空间机器人载体姿态扰动最优轨迹规划方案。对系统角动量守恒方程进行分析,给出了载体姿态扰动最优轨迹规划的目标函数。采用高阶多项式逼近机械臂关节角... 详细信息

针对机械臂运动产生的航天器载体姿态扰动,提出一种基于粒子群优化算法的自由漂浮空间机器人载体姿态扰动最优轨迹规划方案。对系统角动量守恒方程进行分析,给出了载体姿态扰动最优轨迹规划的目标函数。采用高阶多项式逼近机械臂关节角轨迹,将多项式系数作为优化参数。为保证规划算法的收敛性,采用带有收缩因子的粒子群优化算法进行轨迹寻优。仿真结果表明,在完成位姿调整任务的同时,载体姿态扰动得到了有效的抑制,验证了所提方法的有效性。

关键词：自由漂浮空间机器人粒子群优化收缩因子姿态扰动

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自由漂浮空间机器人轨迹跟踪的模型预测控制

控制理论与应用 2019年第5期36卷 687-696页

作者：宁昕武耀发西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天飞行动力学技术国家重点实验室陕西西安710072

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... 详细信息

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.

关键词：自由漂浮空间机器人扩展状态空间拉盖尔模型模型预测控制

自由漂浮空间机器人点到点避奇异运动控制方法

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航空学报 2018年第9期39卷 240-250页

作者：羊帆张国良张合新宋海涛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

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... 详细信息

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。

关键词：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

自由漂浮空间机器人无逆运动学基于采样的运动规划

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西北工业大学学报 2021年第5期39卷 1005-1011页

作者：张红文朱战霞袁建平西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天飞行动力学技术国家级重点实验室陕西西安710072

自由漂浮空间机器人(free-floating space robot,FFSR)是进行在轨服务的重要工具,其基座姿态和关节角间存在复杂的一阶微分约束关系,进行运动规划时需直接考虑微分约束,这让其运动规划问题充满挑战。“先求逆运动学,再规划轨迹”的运动... 详细信息

自由漂浮空间机器人(free-floating space robot,FFSR)是进行在轨服务的重要工具,其基座姿态和关节角间存在复杂的一阶微分约束关系,进行运动规划时需直接考虑微分约束,这让其运动规划问题充满挑战。“先求逆运动学,再规划轨迹”的运动规划框架,存在目标构型与初始构型未必在同一连通域的隐患,为克服这一隐患,基于有目标偏置的RRT(GB-RRT)研究了FFSR从初始构型到目标末端位姿的运动规划问题。对于算法中的目标末端位姿导引生长,考虑到因FFSR执行机构自由度不足,而导致的末端位姿误差收敛与有效调节基座姿态相互矛盾的问题,提出适时调节基座姿态的目标末端位姿导引局部规划器,该局部规划器在保证末端位姿误差能够收敛情况下,兼顾基座姿态调节。此外,还设计了用于探索构型空间的随机构型导引生长局部规划器。将上述2种局部规划器与GB-RRT结合,可实现在不求解逆运动学的情况下,完成规划任务,且保证基座姿态扰动满足要求。仿真验证了算法的有效性。

关键词：自由漂浮空间机器人运动规划基于采样的运动规划非完整性

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自由漂浮空间机器人避奇异规划—跟踪算法

信息与控制 2016年第3期45卷 348-354页

作者：庞哲楠张国良吴戈羊帆陈志侃中国人民解放军火箭军工程大学三系陕西西安710025

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... 详细信息

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.

关键词：自由漂浮空间机器人运动控制动力学奇异性状态依赖Riccati方程

满足暂态性能约束的自由漂浮空间机器人反步自适应轨迹跟踪

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机器人 2013年第5期35卷 607-614,622页

作者：史也梁斌徐文福王学谦钱学森空间技术实验室北京100094 哈尔滨工业大学控制科学与工程系黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学深圳研究生院广东深圳518055

关于自由漂浮空间机器人的惯性空间轨迹跟踪控制问题,目前的方法仅设计控制律满足了系统的渐近稳定性要求,但未对系统的时域性能指标进行分析.为此,提出了一种基于误差变换方式的神经网络反步自适应控制律,设计了一种变换将约束输出变... 详细信息

关于自由漂浮空间机器人的惯性空间轨迹跟踪控制问题,目前的方法仅设计控制律满足了系统的渐近稳定性要求,但未对系统的时域性能指标进行分析.为此,提出了一种基于误差变换方式的神经网络反步自适应控制律,设计了一种变换将约束输出变换为无约束控制的变量,利用反步法针对此无约束变量设计了神经网络自适应控制律,在不确定的运动学和动力学参数下,实现了稳定控制.该方法不仅可以确保系统在任务空间的轨迹跟踪误差具有全局渐近收敛性,还可以使得闭环系统的跟踪误差满足一定的时域性能约束,明显改善了系统的跟踪性能.最后,通过数值仿真验证了所设计的控制律的有效性和可行性.

关键词：自由漂浮空间机器人跟踪控制运动学不确定性暂态性能约束

基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划

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光学精密工程 2019年第2期27卷 372-378页

作者：张旭曾祥鑫郎博哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院黑龙江哈尔滨150028 黑龙江省电子商务与信息处理重点实验室黑龙江哈尔滨150028 中国兵器工业集团有限公司航空弹药研究院黑龙江哈尔滨150036

针对自由漂浮空间机器人传统路径规划方法对基座卫星扰动较大的问题,提出了一种基于控制变量参数化的路径规划方法。该方法将路径规划问题转化成以基座姿态扰动最小为目标函数并满足一系列约束条件的最优控制问题,并采用控制变量参数化... 详细信息

针对自由漂浮空间机器人传统路径规划方法对基座卫星扰动较大的问题,提出了一种基于控制变量参数化的路径规划方法。该方法将路径规划问题转化成以基座姿态扰动最小为目标函数并满足一系列约束条件的最优控制问题,并采用控制变量参数化方法进行离散化处理,将最优控制问题转化成求解非线性规划问题,并给出了完整的理论收敛性证明,从而准确地估计出自由漂浮空间机器人末端执行器的最优路径。仿真结果表明,与传统的分解加速度方法相比,该方法得到的运动路径所引起的基座卫星姿态扰动为0.104rad,相比传统方法降低了17.53%,验证了所提路径规划方法的有效性与最优性。

关键词：自由漂浮空间机器人姿态扰动控制变量参数化路径规划

自适应Radau伪谱法自由漂浮空间机器人轨迹规划

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哈尔滨工业大学学报 2018年第4期50卷 49-55页

作者：仲小清邵翔宇许林杨孙光辉中国空间技术研究院通信卫星事业部北京100094 哈尔滨工业大学智能控制与系统研究所哈尔滨150001

为解决Gauss伪谱法(GPM)计算速度和求解精度之间的矛盾,在多段Radau伪谱法的基础上,提出了求解自由漂浮空间机器人(FFSM)最优路径规划问题的hp自适应Radau伪谱法(hp-RPM).与传统的Gauss伪谱法不同,该方法并不是单纯通过增加节点数量来... 详细信息

为解决Gauss伪谱法(GPM)计算速度和求解精度之间的矛盾,在多段Radau伪谱法的基础上,提出了求解自由漂浮空间机器人(FFSM)最优路径规划问题的hp自适应Radau伪谱法(hp-RPM).与传统的Gauss伪谱法不同,该方法并不是单纯通过增加节点数量来提高精度,而是在每次迭代的过程中对整个路径分段个数和各个路径子区间的宽度进行合理的分配,并能配置每个子区间内节点的数量.通过增加分段个数可以减小子区间内所需节点个数,以此降低多项式阶数、提高计算速度.基于上述理论,首先建立了多臂FFSM系统动力学模型,并给出了运动过程中系统模型更新方法;然后将连续最优轨迹规划问题离散化,完成了hp自适应Radau伪谱法的设计;最后利用hp-RPM解决两连杆FFSM系统轨迹规划问题并进行了仿真实验.结果表明:在初始条件相同的情况下,两种方法得到的位置、速度规划曲线相似,但hp-RPM在各个节点处的误差明显低于GPM计算误差;在精度要求较高,初始节点较多的情况下,hp-RPM可以在保证精度的同时有效的提高计算速度.

关键词：自由漂浮空间机器人 Gauss伪谱 Radau伪谱 hp自适应轨迹规划