空间机器人基于二次规划问题的基座无扰控制方法技术

本发明专利技术公开了一种空间机器人基于二次规划问题的基座无扰控制方法，包括推导了空间机器人操作空间下的动力学模型；建立了基座无扰任务和末端执行器跟踪任务的控制方程；通过求解二次规划问题，得到了满足基座、末端执行器任务要求以及幅值约束的关节力矩；最后通过实例验证了本发明专利技术提出的方法的有效性。本发明专利技术通过推导空间机器人操作空间下的动力学模型，不需要求解逆运动学问题，直接得到满足任务要求并可以直接施加在系统的关节力矩。

Base disturbance free control method for space robot based on two programming problem

The invention discloses a space robot without disturbance control method based on base two programming problems, including the derivation of the kinetic model of space robot operation space; a base control equation of disturbance and the end effector task tracking task; planning problem by solving the two rules, satisfied base, end effector the task requirements and joint torque amplitude constraints; finally the validity of the method is verified by an example. By deducing the dynamic model under the operating space of the space robot, the joint torque of the system can be directly applied to the system without solving the inverse kinematics problem.

【技术实现步骤摘要】
空间机器人基于二次规划问题的基座无扰控制方法
本专利技术涉及一种空间机器人基座无扰控制方法，特别涉及空间机器人基于二次规划问题的基座无扰控制方法。
技术介绍
空间机器人具备执行在轨航天器维修、空间碎片清理等精细空间任务的能力，因而自20世纪90年代中期开始研究，至今不断引起各航天大国及研究人员的关注。与地面机械臂不同，因为动力学耦合作用，空间机械臂在运动过程中会对自由漂浮的基座航天器产生反作用力和力矩，并引起基座位姿的变化。减小这种机械臂运动对基座的扰动对于空间机器人系统保持基座航天器的微重力环境以及保持对地通信具有重要意义。一部分工作尝试用基座控制系统，比如推进器和反作用飞轮，来补偿机械臂运动对基座产生的扰动，然而，推进器燃料对于系统执行轨道机动而言是一种宝贵的资源，反作用飞轮产生的力矩有限，必须限定机械臂以很小的速度运动。另一部分工作则尝试利用机械臂的运动，包括通过机械臂的运动调整基座的位姿或者期望通过构造冗余机械臂使机械臂执行任务的过程中不产生对基座的扰动。利用机械臂运动的典型的方法包括扰动图/增强扰动图(Disturbancemap/Enhanceddisturbancema本文档来自技高网...

【技术保护点】
空间机器人基于二次规划问题的基座无扰控制方法，包括推导了空间机器人操作空间下的动力学模型；建立了基座无扰任务和末端执行器跟踪任务的控制方程；通过求解二次规划问题，得到了满足基座、末端执行器任务要求以及幅值约束的关节力矩；其特征在于，包括以下三个步骤：步骤一、建立空间机器人操作空间动力学模型空间机器人系统是由基座航天器和n自由度的机械臂组成，通常，选择基座的线/角速度和关节的旋转速度作为广义变量，基于第二类拉格朗日方程，空间机器人的动力学模型可以表示如下：

【技术特征摘要】
1.空间机器人基于二次规划问题的基座无扰控制方法，包括推导了空间机器人操作空间下的动力学模型；建立了基座无扰任务和末端执行器跟踪任务的控制方程；通过求解二次规划问题，得到了满足基座、末端执行器任务要求以及幅值约束的关节力矩；其特征在于，包括以下三个步骤：步骤一、建立空间机器人操作空间动力学模型空间机器人系统是由基座航天器和n自由度的机械臂组成，通常，选择基座的线/角速度和关节的旋转速度作为广义变量，基于第二类拉格朗日方程，空间机器人的动力学模型可以表示如下：其中，为基座的线/角速度，是各关节转速组成的向量，Hb,Hm为基座和机械臂惯量矩阵，Hbm为末端执行器和机械臂之间的耦合惯量矩阵cb,cm为与速度相关的非线性项，fb,fe为基座和末端执行器受到的外力和外力矩，τ为机械臂关节处的作用力矩，考虑自由漂浮的空间机器人系统没有固定的基座，机械臂的末端执行器也可以视为系统的“基座”，而基座航天器则可以视为系统的“末端”，从而进行系统由末端执行器向基座建模，得到的动力学模型将与方程(1)具有相同的结构，然而，动力学模型中的广义变量将变为末端执行器的线/角速度和每个关节的旋转速度：其中，为末端执行器的线/角速度，符号‘～’代表方程由末端执行器向基座建模得到，因为末端执行器的运动状态变量直接出现在动力学方程(2)中，因而，针对末端执行器的控制任务，使用方程(2)设计相应的控制律将比使用方程(1)更为简单；考虑基座不受到控制力/力矩，同时末端执行器与外部没有接触，从而动力学方程(1)和(2)中fb,fe＝0，方程(1)简化为：从上述方程中消去关节加速度，方程简化为只与基座变量有关，

【专利技术属性】
技术研发人员：罗建军，宗立军，王明明，袁建平，朱战霞，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61