The invention discloses a method of using the manipulator to suppress the attitude interference of the base of a spacecraft. It includes the following steps: first, the multi-body dynamic model is established according to the configuration of the space robot, and on this basis, the momentum conservation of the manipulator, the antenna and the base are analyzed. The space theory of balance control and zero inverse action is used to design the trajectory of the space manipulator to coordinate the task of the end actuator of the space manipulator and to suppress the jamming task of the satellite base attitude. Finally, based on the above analysis, the closed loop inverse kinematics control of the space manipulator is designed to solve the gradual increase of the error accumulation in the base attitude suppression. The problem. Combined with the concept of dynamic balance control and zero reverse action space, a new method of restraining the attitude interference of the spacecraft base caused by other rotational mechanisms by constructing the trajectory of a kinematic redundant manipulator is constructed.
【技术实现步骤摘要】
一种利用机械臂抑制航天器基座姿态干扰的方法
本专利技术属于空间机器人轨迹规划
;具体涉及一种利用机械臂抑制航天器基座姿态干扰的方法。
技术介绍
迄今为止,仍未实现完全自主的空间在轨服务任务,例如卫星维修、在轨组装、碎片清除等。由于空间机械臂具有多功能性、可扩展性等特性,成为一种实现在轨服务的优异手段。对于执行在轨服务任务的航天器,不仅仅具备机械臂等转动机构,还具备天线、太阳帆板等转动机构。因此,在轨服务航天器是一个复杂的多体系统。当天线、太阳帆板转动时,不可避免的对航天器本体造成姿态干扰,利用机械臂的运动消除这些姿态干扰非常重要,因为姿态干扰会影响相对敏感器的测量,亦可节省星上宝贵的燃料资源。因此,如何设计一种利用机械臂抑制航天器基座姿态干扰,具有重大的研究意义与实用价值。空间机械臂本身作为一个运行在微重力环境中的多输入、多输出、非线性、强耦合的复杂系统,其运动规划问题起源于计算几何学的相关研究课题。文献中对此已有一系列相关研究,Yoshida等学者提出了零反作用空间的概念并在ETS-VII项目中进行了飞行验证,特别是针对运动冗余机械臂,在此空间内设计的机械臂轨迹可以最小化基座姿态干扰并移除操作过程中的关节速度约束。徐文福等人针对自由漂浮空间机器人提出了速度级逆运动学方程的方法,用于实现机械臂末端执行器连续位姿跟踪、基座姿态调整等任务。Kaigom等采用粒子群算法搜索参数化空间构建了基座姿态最小干扰的空间机械臂轨迹。基于约束最小二乘方法,Cocuzza等设计了机械臂轨迹跟踪过程中航天器局部最小动力学干扰的控制方法。王从庆等针对空间自由漂浮双臂机器人提 ...
【技术保护点】
一种利用机械臂抑制航天器基座姿态干扰的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,建立空间机器人系统的动力学模型:
【技术特征摘要】
1.一种利用机械臂抑制航天器基座姿态干扰的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,建立空间机器人系统的动力学模型:其中Hb,Hm,Ha分别表示基座、机械臂和天线的惯量矩阵;Hbm,Hba分别表示机械臂与基座,天线与基座之间的动力学耦合矩阵;cb,cm,ca表示基座、机械臂、天线的科里奥利力和离心力;τm,τa分别表示机械臂、天线关节电机的控制力矩;fb,fe分别表示作用于基座与机械臂末端执行器的广义外力;Jb,Je为基座和末端执行器的Jacobian矩阵;依据角动量守恒定律得到空间机器人系统的角动量为:其中Is∈R3×3为空间机器人的惯量矩阵,Ibm∈R3×n和Iba∈R3×2为机械臂与基座、天线与基座的耦合惯量矩阵;步骤2,设计动态平衡状态下的机械臂关节轨迹,其中包括最小化姿态干扰的任务和同时考虑末端执行器任务以及最小化基座干扰任务两种情形;步骤3,设计机械臂关节速度的闭环逆运动学控制为:其中和分别表示末端执行器的位置和姿态偏差,为一个正定控制增益矩阵,δxe为跟踪误差,其中KP的各个元素值越大,δxe的范数越小;并且根据步骤2中最小化姿态干扰的任务和同时考虑末端执行器任务以及最小化基座干扰任务两种不同的情形,结合上述闭环逆运动学控制设计机械臂关节运动轨迹。2.根据权利要求1所述的利用机...
【专利技术属性】
技术研发人员:王明明,罗建军,袁建平,朱战霞,
申请(专利权)人:西北工业大学,西北工业大学深圳研究院,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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