機(jī)器人宇航員全身協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及雙臂柔順控制研究.pdf

1、隨著空間技術(shù)的飛速發(fā)展，宇宙探索的不斷深入，人類(lèi)對(duì)地球以外的宇宙環(huán)境有了更深層的認(rèn)識(shí)。機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和空間應(yīng)用，彰顯了機(jī)器人在未來(lái)宇宙探索中的巨大潛力，尤其是像人一樣具有靈活操作能力的類(lèi)人機(jī)器人（本文稱(chēng)為機(jī)器人宇航員），具有高靈活性和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性，可以輔助人類(lèi)宇航員完成空間站內(nèi)外的設(shè)備維護(hù)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，降低出艙風(fēng)險(xiǎn)；星體探索時(shí)，其具有更好的運(yùn)動(dòng)和環(huán)境適應(yīng)能力。本文針對(duì)機(jī)器人宇航員在空間站和星體探索中的工作任務(wù)特點(diǎn)，開(kāi)展全身協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的軌跡規(guī)

2、劃和雙臂作業(yè)過(guò)程中柔順控制方法的研究。
　　根據(jù)機(jī)器人宇航員的結(jié)構(gòu)尺寸和自由度配置，建立了整體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，基于系統(tǒng)各部分耦合關(guān)系，組建了右腿-腰-右臂運(yùn)動(dòng)鏈、右腿-腰-左臂運(yùn)動(dòng)鏈和左腿從動(dòng)鏈。將位置級(jí)運(yùn)動(dòng)學(xué)與速度級(jí)運(yùn)動(dòng)學(xué)相結(jié)合，提出了微重力環(huán)境下整體式和分步式全身協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃策略。為避免關(guān)節(jié)角度運(yùn)動(dòng)到極限位置，通過(guò)梯度投影法進(jìn)行關(guān)節(jié)空間優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了各關(guān)節(jié)的避極限位置控制，并利用靈活性指標(biāo)分析了避關(guān)節(jié)極限控制對(duì)機(jī)器人雙臂靈活

3、性的影響。依據(jù)雙臂的主從關(guān)系利用最速下降法和歐拉-軸角法規(guī)劃雙臂末端的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)典型工況的仿真，驗(yàn)證了策略的有效性。
　　對(duì)于機(jī)器人宇航員在行星表面應(yīng)用的情況，需要考慮引力下的平衡問(wèn)題。本文研究了引力環(huán)境下機(jī)器人宇航員保持平衡穩(wěn)定的條件，提出了利用機(jī)器人的COM(Center of Mass)位置間接調(diào)整控制ZMP(Zero Moment Point)位置的方法，達(dá)到機(jī)器人保持平衡穩(wěn)定的目的。針對(duì)雙臂進(jìn)行作業(yè)時(shí)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)及內(nèi)力