漂浮基空間機械臂非完整運動規(guī)劃.pdf

1、漂浮基空間機械臂是空間機械臂系統(tǒng)的一種重要工作模式，相比于飛行基空間機械臂系統(tǒng)，漂浮基空間機械臂系統(tǒng)具有在軌壽命長，對目標(biāo)飛行器干擾性小，不需附加載體姿態(tài)調(diào)整裝置等優(yōu)點，因此有著廣泛的軍事和民用應(yīng)用前景。由于在漂浮基工作模式下，載體和機械臂系統(tǒng)之間存在非完整約束，這就導(dǎo)致了一系列如姿態(tài)干擾特性、運動冗余特性和奇異性路徑相關(guān)特性等問題，其運動規(guī)劃和控制問題變得十分困難，因此基于非完整約束的漂浮基空間機械臂運動規(guī)劃研究具有重要的理論和實際意

2、義。
　　首先，推導(dǎo)了漂浮基空間機械臂系統(tǒng)的運動學(xué)方程；給出了非完整約束存在條件下系統(tǒng)的工作空間；討論了非完整性約束對系統(tǒng)雅可比矩陣的影響，分析了由非完整約束導(dǎo)致的系統(tǒng)雅可比矩陣動力學(xué)參數(shù)相關(guān)特性和路徑相關(guān)特性，并基于雅可比矩陣求解系統(tǒng)的關(guān)節(jié)奇異空間和笛卡爾奇異空間；利用拉格朗日方程建立了系統(tǒng)的動力學(xué)模型，對系統(tǒng)的動力學(xué)進行了分析。
　　其次，對系統(tǒng)進行位置級運動規(guī)劃研究，針對非完整約束對系統(tǒng)位置級運動規(guī)劃的影響，采用了一種

3、基于空間映射的算法，將關(guān)節(jié)空間內(nèi)的耦合變量映射到新空間內(nèi)的獨立變量，利用優(yōu)化的方法求解新坐標(biāo)系下的軌跡；然后把得到的軌跡映射到實際關(guān)節(jié)空間內(nèi)，解決了直接在關(guān)節(jié)空間內(nèi)規(guī)劃時機械臂運動與載體姿態(tài)相互影響的問題，使得在機械臂到達指定位置的同時，載體姿態(tài)也同時到達期望值，完成了對系統(tǒng)的位置層次的規(guī)劃。
　　再次，對系統(tǒng)進行速度級運動規(guī)劃研究，針對非完整約束導(dǎo)致的姿態(tài)干擾特性和系統(tǒng)廣義雅可比矩陣動力學(xué)奇異性的問題，論文在滿足非完整約束的基礎(chǔ)