自由漂浮空間機(jī)器人路徑規(guī)劃研究.pdf

1、在未來(lái)空間站的組裝、目標(biāo)捕獲等危險(xiǎn)而復(fù)雜空間任務(wù)中，空間機(jī)器人將會(huì)發(fā)揮重要作用，空間機(jī)器人技術(shù)的研究已經(jīng)成為各國(guó)航天技術(shù)的研究熱點(diǎn)。自由漂浮空間機(jī)器人是空間機(jī)器人的一種，具有姿態(tài)干擾性、非完整性和運(yùn)動(dòng)冗余性等特性。本文以自由漂浮空間機(jī)器人為研究對(duì)象，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)建模方法、路徑規(guī)劃算法、空間機(jī)器人仿真技術(shù)進(jìn)行研究，論文的主要研究工作如下：
　　 1、研究了空間機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)建模方法。在研究多體動(dòng)力學(xué)理論、航天器姿態(tài)及軌

2、道動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)空間機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)幾何關(guān)系和動(dòng)量/角動(dòng)量守恒，建立了空間機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并應(yīng)用牛頓—?dú)W拉法建立了空間機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型。
　　 2、研究了空間機(jī)器人的笛卡爾路徑規(guī)劃和關(guān)節(jié)空間路徑規(guī)劃方法。在笛卡爾路徑規(guī)劃中，根據(jù)末端位姿約束方程，按梯形法規(guī)劃末端速度，并利用速度級(jí)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)動(dòng)。在關(guān)節(jié)空間路徑規(guī)劃中，根據(jù)關(guān)節(jié)約束條件，利用關(guān)節(jié)插值函數(shù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃。
　　 3、研究了空間機(jī)器人基座

3、姿態(tài)擾動(dòng)最小路徑規(guī)劃算法。針對(duì)空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃中的基座姿態(tài)擾動(dòng)特性，提出了基于遺傳算法的基座姿態(tài)擾動(dòng)最小路徑規(guī)劃算法，采用正弦函數(shù)對(duì)關(guān)節(jié)變量進(jìn)行參數(shù)化約束，應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行最優(yōu)參數(shù)求解，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基座姿態(tài)擾動(dòng)最小。
　　 4、對(duì)空間機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)奇異問(wèn)題進(jìn)行研究。動(dòng)力學(xué)不僅與空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)有關(guān)，也與動(dòng)力學(xué)參數(shù)有關(guān)，文中提出了實(shí)用的動(dòng)力學(xué)奇異回避算法。首先將動(dòng)力學(xué)奇異回避問(wèn)題等價(jià)為運(yùn)動(dòng)學(xué)奇異回避問(wèn)題，接著對(duì)地面雅可比矩陣進(jìn)行