空间机器人运动规划与轨迹跟踪控制研究-电气工程专业毕业论文.docx

ClassifiedIndex::: WangWenhuiSupervisor: MaXinjunAcademicDegreeAppliedfor: MasterofEngineeringSpeciality: ElectricalEngineeringAffiliation: ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence: June,2014Degree-Conferring-Institution: HarbinInstituteofTechnology摘 要随着经济水平不断提高,航天科技领域也日新月异,对性能卓越优良的空间机械臂需求变得越来越庞大。因此各国相继投入大量资金用于开发体积小,微质量,功耗低,可靠性高的空间机器人。空间机器人在空间中执行着形形色色的任务,譬如更换零件,建造空间站,维修航天器,回收失效卫星以及各种科学实验等任务。空间机械臂与地面的机器人相比,所处环境恶劣,位姿易受扰动等特性,因此对机器人进行适当的路径规划和精确的轨迹跟踪控制,对于出色完成各种空间具体任务意义重大。因此本文从下列方面对其做了详细探讨。本文对近年来对国内外空间机械臂的研究情况作了介绍和对比,并对路径规划方法与轨迹跟踪控制等基础理论作了分析。根据线动量及其角动量守恒原理,利用广义雅克比矩阵方法建立了自由漂浮状态的运动模型。基于此,利用经典的Lagrange方法实现了对动力学模型的构建。针对其与地面机器人的不同,利用四元数法对路径规划做了数学描述,对关节空间轨迹利用五次多项式进行参数化,归一化处理后利用牛顿迭代法得到了参数解,仿真的最终结果表明该方法对机器人点到点之间的路径规划非常有效。为提高连续轨迹规划的关节轨迹平滑度,对Milne-Hamming算法进行了改进。对于改进的算法,对末端速度实行梯形和三角形两种轨迹规划方式,对该算法进行了验证,仿真结果关节轨迹平滑,基座和末端位姿在误差范围内。三角形速度规划的波形在“中间阶段”比梯形要“陡”一些。利用虚拟样机技术建立了空间机器人模型,对于空间机器人的非线性和强耦合性,在PID的基础上引入模糊控制,实现了机器人轨迹跟踪控制;对机械臂的不确定动力学部分利用由回归矩阵构成的自适应器进行补偿,克服了轨迹跟踪误差大,基座扰动大,输出力矩大等缺点,利用机器人扰动上确界已知条件的条件下进行仿真验证,结果表明鲁棒自适应PD控制可完成精确的轨迹跟踪,鲁棒性增强。关键词:空间机器人;路径规划;预测校正法;轨迹跟踪;联合仿真-I-AbstractWiththerapiddevelopmentofaerospace,,manycountrieshaveinvestedlargeamountsoffundsinthedevelopmentofthespacerobotwithsmallvolume,microquality,,therepairationofaspacecraft,thereplacementofparts,torecyclesatellites,paredwiththegroundmanipulator,,,,