空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)及其軟件設(shè)計(jì).pdf

1、由于加工、裝配誤差以及在軌燃料消耗等原因，空間機(jī)器人名義動(dòng)力學(xué)參數(shù)與實(shí)際動(dòng)力學(xué)參數(shù)相比存在一定的誤差，而空間機(jī)器人路徑規(guī)劃和地面機(jī)器人不同，其廣義雅克比矩陣包含動(dòng)力學(xué)參數(shù)，從而使計(jì)算軌跡偏離所要求的路徑，所以必須對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，另一方面，為了提高控制精度，也需要精確的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。因此，動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)尤為重要。然而，在空間微重力環(huán)境下，某些利用重力平衡原理的辨識(shí)方法無(wú)法應(yīng)用；此外，用于測(cè)量空間機(jī)器人關(guān)節(jié)加速度和驅(qū)動(dòng)力矩的傳感器，信噪

2、比也較低。因而，在考慮空間機(jī)器人的實(shí)際工作狀態(tài)的情況下，研究一種經(jīng)濟(jì)、可行的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法，一直是該領(lǐng)域的研究難點(diǎn)，同時(shí)也是本文研究的目的所在。
　　本文采用基于角動(dòng)量守恒的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法，通過(guò)測(cè)量安裝在基座上的反作用力飛輪的角動(dòng)量，并與利用系統(tǒng)名義動(dòng)力學(xué)參數(shù)所計(jì)算的飛輪角動(dòng)量相比較來(lái)完成辨識(shí)過(guò)程。依據(jù)此種方法，空間機(jī)器人系統(tǒng)僅需安裝常規(guī)的關(guān)節(jié)角位移和角速度傳感器、基座角位移和角速度傳感器，而無(wú)需增加額外的傳感器，因而，簡(jiǎn)

3、化了空間機(jī)器人系統(tǒng)，節(jié)約了研制成本。
　　首先，本文根據(jù)角動(dòng)量守恒方程式建立動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)的誤差模型。以此為基礎(chǔ)，利用三次多項(xiàng)式插值法規(guī)劃基座以及各關(guān)節(jié)的軌跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間機(jī)器人系統(tǒng)的激勵(lì)。根據(jù)激勵(lì)的結(jié)果，分別用最小二乘法和遺傳算法對(duì)兩關(guān)節(jié)空間機(jī)器人模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)仿真。
　　在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)而討論復(fù)雜的六自由度空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題。類似地，用上述兩種算法分別實(shí)現(xiàn)對(duì)空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)。然而，在辨識(shí)中發(fā)現(xiàn)

4、采用傳統(tǒng)遺傳算法容易產(chǎn)生“早熟”現(xiàn)象，導(dǎo)致尋優(yōu)過(guò)程過(guò)早結(jié)束，達(dá)不到理想的辨識(shí)精度。有鑒于此，本文采用小區(qū)間生成法、精英保留策略和大變異操作對(duì)原有遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，并將動(dòng)力學(xué)參數(shù)仿真的結(jié)果與最小二乘法的辨識(shí)結(jié)果相對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在參數(shù)矩陣復(fù)雜的情況下，遺傳算法表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。本文還采用最小二乘法針對(duì)被捕獲的未知物體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。
　　最后，本文利用matlab的GUI對(duì)兩關(guān)節(jié)以及六關(guān)節(jié)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)