【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间机械臂操控，尤其涉及一种基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统。
技术介绍
1、随着空间科学技术的不断发展，在轨航天器系统(如卫星、空间站舱体、太阳帆板、天线等)的故障率、因需求变化而引起的废弃率都居高不下，如果航天器的设备和功能不能随着需求的改变而改变，航天器系统很可能在远没有达到寿命时就失去了实际效用。
2、一般航天器的设计寿命往往在10年以上，但是当在轨航天器发生故障、需要更换、或者一次性可携带的消耗品消耗殆尽时，如果不能及时采取措施，航天器的使用周期也很可能就此终结。
3、因此，亟需开展在轨服务空间机械臂的研究，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述现有技术中存在的缺点,针对空间机械臂在轨操作场景，提供了一种基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，包括：机械臂运动学解算单元、机械臂本体动力学解算单元、接触动力学解算单元和笛卡尔空间柔顺控制计算单元；
2、所述机械臂本体动力学解算单元接收所述机械臂运动学解算单元发送的实时数据信息，处理后发送至所述接触动力学解算单元，同时所述机械臂本体动力学解算单元将解算后的所述机械臂本体动力学参数和状态传递给所述笛卡尔空间柔顺控制计算单元；
3、所述笛卡尔空间柔顺控制计算单元接收来自所述机械臂本体动力学解算单元和所述接触动力学解算单元的动力学参数信息，实时进行具有环境柔顺效果的逆动力学和逆运动学解算，并将位置补偿控制律传递给机械臂运动学解算单元。p>
4、进一步地，所述接触动力学解算单元同时与所述机械臂本体动力学解算单元和所述笛卡尔空间柔顺控制计算单元交互，实时解算具有环境刚度、环境阻尼、环境接触碰撞参数的动力学参数。
5、进一步地，所述机械臂本体动力学解算单元接收所述机械臂运动学解算单元发送的实时数据信息包括：实时关节空间角加速度、角速度、角位置指令和实时的力矩指令。
6、进一步地，所述空间机械臂操控系统还包括：调试上位机和轨迹规划单元，根据所述调试上位机发送的任务指令，以预定轨迹和预设参数为输入，驱动所述轨迹规划单元输出相应的角速度和角位置指令。
7、进一步地，根据所述轨迹规划单元发送的所述角速度和所述角位置指令驱动所述机械臂运动学解算单元输出相应的关节空间角位置指令给所述机械臂本体动力学解算单元。
8、其中，所述机械臂本体动力学解算单元采用实时机械臂动力学参数辨识方法，包括：
9、实时求解最小惯性参数转换矩阵并对全机械臂动力学模型进行线性化处理；
10、实时求解最小惯性参数对应的回归矩阵并在所述最小惯性参数一直情况下进行动力学参数在线辨识。
11、其次，所述接触动力学解算单元采用环境参数实时自辨识方法，包括：
12、利用非线性干扰观测器方法对环境动力学方程中的干扰量进行实时估计；
13、利用gjk算法进行接触物体的碰撞检测计算，并利用基于高斯过程的环境阻抗辨识方法进行实时环境参数解算。
14、此外，所述笛卡尔空间柔顺控制计算单元采用自适应的笛卡尔空间柔顺控制方法，包括：
15、接收所述机械臂本体动力学解算单元的所述实施机械臂动力学参数辨识结果，以及所述接触动力学解算单元的所述环境参数实时自辨识结果作为所述笛卡尔空间柔顺控制计算单元的输入；
16、将笛卡尔空间环境动力学方程转换为关节空间动力学方程；
17、将所述关节空间动力学方程叠加标准逆动力学解算的控制律，并设计自适应律实时调节所述控制律的参数；
18、实时解算导纳所述控制率，并将结果发送给所述机械臂运动学解算单元作为输入。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
20、(1)通过接触动力学解算单元有效实现了各类在轨精细操控任务时的空间机械臂实时对环境刚度、环境阻尼、接触碰撞参数地检测、辨识；
21、(2)通过笛卡尔空间柔顺控制计算单元等，作出不同的柔顺控制补偿，该控制策略并不影响已有的空间机械臂运动学控制策略，并且经济、实施容易，可以广泛应用于各类空间机械臂柔顺控制的在轨精细操控任务等；
22、(3)通过轨迹规划单元、机械臂运动学解算单元、机械臂本体动力学解算单元，作为宇航员实现舱内外精细控制的辅助平台，完成在轨服务机器人的精细操作功能，为有效保证和延长航天器的使用周期提供基础。
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1.一种基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，包括：机械臂运动学解算单元、机械臂本体动力学解算单元、接触动力学解算单元和笛卡尔空间柔顺控制计算单元；
2.根据权利要求1所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述接触动力学解算单元同时与所述机械臂本体动力学解算单元和所述笛卡尔空间柔顺控制计算单元交互，实时解算具有环境刚度、环境阻尼、环境接触碰撞参数的动力学参数。
3.根据权利要求1所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述机械臂本体动力学解算单元接收所述机械臂运动学解算单元发送的实时数据信息包括：实时关节空间角加速度、角速度、角位置指令和实时的力矩指令。
4.根据权利要求1所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述空间机械臂操控系统还包括：调试上位机和轨迹规划单元，根据所述调试上位机发送的任务指令，以预定轨迹和预设参数为输入，驱动所述轨迹规划单元输出相应的角速度和角位置指令。
5.根据权利要求4所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，根据所述轨
6.根据权利要求1所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述机械臂本体动力学解算单元采用实时机械臂动力学参数辨识方法，包括：
7.根据权利要求1所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述接触动力学解算单元采用环境参数实时自辨识方法，包括：
8.根据权利要求6或7所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述笛卡尔空间柔顺控制计算单元采用自适应的笛卡尔空间柔顺控制方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，包括：机械臂运动学解算单元、机械臂本体动力学解算单元、接触动力学解算单元和笛卡尔空间柔顺控制计算单元；
2.根据权利要求1所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述接触动力学解算单元同时与所述机械臂本体动力学解算单元和所述笛卡尔空间柔顺控制计算单元交互，实时解算具有环境刚度、环境阻尼、环境接触碰撞参数的动力学参数。
3.根据权利要求1所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述机械臂本体动力学解算单元接收所述机械臂运动学解算单元发送的实时数据信息包括：实时关节空间角加速度、角速度、角位置指令和实时的力矩指令。
4.根据权利要求1所述的基于笛卡尔阻抗控制的空间机械臂操控系统，其特征在于，所述空间机械臂操控系统还包括：调试上位机和轨迹规划单元，根据所述调试上位...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘璟龙，马晓龙，黎丰，李宁，陈治洲，马龙宇，邹怀武，刘殿富，吴松，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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