自由漂浮空間機器人路徑規(guī)劃研究.pdf

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

2、道動力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)空間機器人的運動幾何關(guān)系和動量/角動量守恒，建立了空間機器人的運動學(xué)模型，并應(yīng)用牛頓—歐拉法建立了空間機器人的動力學(xué)模型。
　　 2、研究了空間機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，并利用速度級逆運動學(xué)方程，規(guī)劃機器人運動。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)進行軌跡規(guī)劃。
　　 3、研究了空間機器人基座

3、姿態(tài)擾動最小路徑規(guī)劃算法。針對空間機器人運動規(guī)劃中的基座姿態(tài)擾動特性，提出了基于遺傳算法的基座姿態(tài)擾動最小路徑規(guī)劃算法，采用正弦函數(shù)對關(guān)節(jié)變量進行參數(shù)化約束，應(yīng)用遺傳算法進行最優(yōu)參數(shù)求解，實現(xiàn)了對基座姿態(tài)擾動最小。
　　 4、對空間機器人的動力學(xué)奇異問題進行研究。動力學(xué)不僅與空間機器人運動學(xué)參數(shù)有關(guān)，也與動力學(xué)參數(shù)有關(guān)，文中提出了實用的動力學(xué)奇異回避算法。首先將動力學(xué)奇異回避問題等價為運動學(xué)奇異回避問題，接著對地面雅可比矩陣進行