机器人非完整运动规划与控制研究.pdf

机器人非完整运动规划与控制的研究学科ㄒ:控制理论与控制工程指导教师:单位代码密申请北京***学院工学硕士学位论文研究生:金志勇张奇志教授耆级二
摘要非完整性主要存在于空间漂浮系统和水下船体中,主要特点表现在由动量定理决定的系统空间位形在速度上的相互制约,但是不能把这种约束转化成空间位形的相互关系,因此不能将系统的空间位形降维,对这种系统进行路径优化时必须考虑这种非完整性对优化的影响。本论文首先介绍了非完整独轮机器人的运动学性质,然后根据相关的论文提出的方法进行了仿真,包括牛顿算法,基于能量优化的牛顿算法,牛顿算法和基于能量优化的牛顿算法得到的路径不是全局最优路径,并且得到的路径和初值有很大的关系。根据独轮机器人的模型特点提出了一个新的路径优化方法,该方法是基于粒子群算法提出的,粒子群算法保留了基于种群的全局搜索特点,但是其采用的速度一位移模型操作简单,避免了复杂的遗传操作。但是其搜索空间的维数大是制约运算速度的主要因素,通过把控制空间分为受完整约束的子空间和受非完整约束的子空间,将控制空间的优化问题转换成第二个子空间的控制优化的问题。降低了算法的搜索空间,因此可以很大的减小算法的运算时间。通过仿真得出基于粒子群算法得到路径是全局最优的。得到独轮机器人的最优路径以后,对轮式机器人的轨迹跟踪进行了控制仿真,使其运动路径跟踪前面仿真得出路径。最后一部分对二连杆空间机械臂进行了研究。首先根据傅立叶基函数的特点对粒子群算法的搜索空间进行了降维,通过仿真得到机械臂的最优路径。下面根据机械臂的模型建立了刂扑惴ǎ抡娼峁砻魉惴ㄊ怯行У摹关键词:机器人控制;非完整运动规划;粒子群算法摘要
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第乱背景介绍非完整系统广泛的存在于航空航天系统中。在宇宙空间,所有的物体都处于浮游状态,没有固定点,操作手的反作用力影响卫星本体的位姿,操作手的位姿也相应变化,因此其运动学和动力学控制比地面机器人复杂。目前已经进行了很多有关空间机械臂的研究工作。现阶段对机器人的研究主要集中于具有固定载体或支撑点的机器人,而对于空间环境条件下的机器人的研究和应用相对较少。具有固定载体或支撑点的机器人系统或其手臂的动力学建模方法主要有:牛顿一欧拉方法、拉格朗日方程和凯恩方法等。这些方法可以扩展应用于空间机器人的动力学建模。空间机械臂的控制过程就是在保证航天器或空间机械臂的载体的姿态变化符合某种既定的变化规律的条件下,使机械臂末端到达惯性空间的指定位置,并完成对目标物体的操作,当机械臂抓住目标物体后,目标物体可视为空间机械臂的末端关节的一部分。实际上有很多控制技术己经被研究并应用于空间机器人的控制,这些方法大体可分为四类,包括:第一类ü钩テ鞑钩ズ教炱鞯奈恢煤妥颂浠<纯占浠当鄄僮鞴中,对航天器或机械臂载体的姿态与空间位置都进行主动控制。主动控制是指当航天器或机械臂载体的姿态偏离预定的空间姿态时,启动反作用轮来调整其姿态,当航天器或机械臂载体的空间位置偏离预定的空间位置时,启动反应火箭推进器来调整其空间位置,即机械臂的控制主要靠安装在机器人载体与机械臂关节上的反应火箭推进器与反应轮的启动与关闭来实现。在这种情况下,基于地面机器人的控制方法都可以应用到空间机器人上面去。这种控制方法的优点是空间机器人可以到达空间的任意位置,即工作空间是不受限制的,同时,在对目标物体进行操作时,机器人的灵活性也较好。缺点是要消耗较多的空间控制燃料与能量,缩短了机器人系统的使用寿命。第二类:航天器的角度加以控制,移动自由。即机械臂操作过程中,主动控制航天器或空间机械臂载体的姿态,对航天器或的机械臂载体空问位置不加以
本论文的工作及论文安排极为相似