非冗余空間機械臂反作用優(yōu)化的研究.pdf

1、隨著人們探索太空活動范圍的擴大，空間機械臂得到了廣泛的應(yīng)用。但由于航天器本體和機械臂的動力學(xué)耦合，機械臂運動會導(dǎo)致基座位姿產(chǎn)生偏移，特別是兩者質(zhì)量比不是很大時，這個問題變得尤為嚴(yán)重。本文主要研究非冗余空間機器人反作用優(yōu)化的目標(biāo)和方法，并進行仿真和地面實驗，分析優(yōu)化結(jié)果并總結(jié)規(guī)律。
　　本文首先研究了空間機械臂的運動學(xué)和動力學(xué)模型。根據(jù)空間機器人的基座受控情況，提出了兩類優(yōu)化目標(biāo)：受控基座全局、峰值反作用優(yōu)化，和浮動基座的姿態(tài)全局偏

2、移。在基于軌跡參數(shù)化的關(guān)節(jié)空間優(yōu)化基礎(chǔ)上，提出了基于軌跡參數(shù)化的笛卡爾空間優(yōu)化方法，很好地滿足了浮動基座空間機械臂反作用優(yōu)化的需求。
　　其次，設(shè)計了關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間反作用優(yōu)化流程，選擇遺傳算法進行參數(shù)調(diào)整，來解決復(fù)雜系統(tǒng)多參數(shù)優(yōu)化問題。在進行笛卡爾空間優(yōu)化時，在遺傳算法中加入避奇異功能，使其具有在奇異和軌跡不可達(dá)時可以進行自動回避，使笛卡爾空間優(yōu)化方法具有可操作性。
　　再次，本文應(yīng)用動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，綜合spaced

3、yn和OpenInventor建立了一種建模簡單、擴展性強的空間機器人仿真環(huán)境，完成了本文的仿真實驗。在結(jié)果分析的基礎(chǔ)上指出全局優(yōu)化會引起的峰值效應(yīng)并分析原因，多關(guān)節(jié)的疊加效應(yīng)可以產(chǎn)生良好的峰值優(yōu)化效果。相同條件下笛卡爾空間優(yōu)化方法的優(yōu)化效果要略優(yōu)于關(guān)節(jié)空間優(yōu)化方法。利用笛卡爾空間反作用優(yōu)化，可以減小浮動基座機械臂運動帶來的基座姿態(tài)偏移。
　　最后應(yīng)用哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間機械臂地面模擬實驗平臺進行地面實驗，驗證了仿真實驗的正確性和優(yōu)