空間機(jī)器人目標(biāo)捕獲的軌跡優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著空間探索的深入，空間機(jī)器人將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用?？臻g機(jī)器人得以應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是目標(biāo)捕獲。由于空間機(jī)器人與其載體飛行器之間存在動(dòng)力學(xué)耦合，機(jī)器人在進(jìn)行捕獲任務(wù)時(shí)會(huì)對(duì)載體產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致載體飛行器與地面通信失敗，根據(jù)這一問(wèn)題，本文進(jìn)行了空間機(jī)器人目標(biāo)捕獲運(yùn)動(dòng)的軌跡優(yōu)化研究，針對(duì)不同載體狀態(tài)的空間機(jī)器人提出優(yōu)化目標(biāo)和方法，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行對(duì)比仿真研究和地面實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文首先建立空間機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)基座姿態(tài)

2、是否受控，推導(dǎo)了空間機(jī)器人自由飛行和自由漂浮狀態(tài)相應(yīng)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、基于廣義雅克比矩陣逆的速度級(jí)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和自由飛行空間機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程。介紹了本文的研究對(duì)象，并根據(jù)本文要研究的六自由度機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析了空間機(jī)器人的特點(diǎn)。
　　其次本文研究了空間機(jī)器人的軌跡優(yōu)化問(wèn)題。分別提出了空間機(jī)器人關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間的軌跡參數(shù)化方程，并根據(jù)空間機(jī)器人的不同狀態(tài)提出了不同的優(yōu)化目標(biāo)：自由漂浮空間機(jī)器人的姿態(tài)優(yōu)化和自由飛行

3、空間機(jī)器人的力矩優(yōu)化。選擇遺傳算法作參數(shù)優(yōu)化策略，設(shè)計(jì)了空間機(jī)器人關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間的優(yōu)化流程。在笛卡爾空間優(yōu)化中引入奇異標(biāo)記，使優(yōu)化軌跡中不包含奇異點(diǎn)。
　　最后本文建立了空間機(jī)器人仿真環(huán)境，結(jié)合具體算例，進(jìn)行自由漂浮空間機(jī)器人關(guān)節(jié)空間姿態(tài)調(diào)整優(yōu)化仿真、笛卡爾空間姿態(tài)無(wú)擾優(yōu)化仿真和自由飛行空間機(jī)器人關(guān)節(jié)空間、笛卡爾空間力矩峰值優(yōu)化仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。本文通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)思想建立自由漂浮空間機(jī)器人地面試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行三自由