面向目標獲取的空間機器人模糊控制的研究及實現(xiàn).pdf

1、自由飛行空間機器人由基座(航天器)和搭載于基座上的機械臂組成，可以輔助或者代替宇航員進行空間艙內和艙外任務，如衛(wèi)星的釋放、捕捉與維修，大量的空間加工，空間生產，空間裝配，空間科學實驗和空間維修等需要獲取目標的工作，這就對空間機器人的機械臂控制和基座的位姿調整提出了很高的要求。本文以自由飛行空間機器人目標獲取任務為背景，研究了空間機器人機械臂的遙操作雙邊控制和基座位姿調整控制問題，在模糊邏輯的統(tǒng)一框架下設計了機械臂模糊雙邊控制器和位姿調整

2、模糊PD控制器，并在此基礎上提出了基于分布估計算法的模糊控制器參數(shù)優(yōu)化的設計方法，經過了MATLAB仿真和實驗系統(tǒng)測試，驗證了此方法在機械臂控制效果上具有良好的表現(xiàn)。此外，本文還研制了自由飛行空間機器人地面仿真實驗系統(tǒng)。
　　 (1)首先綜述了空間機器人地面模擬實驗系統(tǒng)的研究背景和國內外的研究現(xiàn)狀，比較了各國基于不同設計原理的地面模擬實驗平臺的優(yōu)缺點，又根據(jù)本文面向目標獲取實驗的任務特點，最后選用了氣浮式實驗系統(tǒng)作為空間機器人的

3、研究平臺。
　　 (2)針對空間機器人機械臂控制的遙操作理論進行了分析，比較了預測控制、遙編程控制和雙邊控制3種控制策略的利弊。為了能達到良好的穩(wěn)定性和跟蹤性，本文設計了遙操作模糊雙邊控制器，針對模糊系統(tǒng)中隸屬函數(shù)難以確定的問題，本文提出了一種基于分布估計算法參數(shù)優(yōu)化建立隸屬函數(shù)的方法，從而完成了遙操作模糊雙邊控制器的設計，且實驗結果表明此方法是可行的、有效的。
　　 (3)闡述了自由飛行空間機器人基座位姿調整的基本思想

4、，由于機器人工作在微重力的太空環(huán)境中，基座的漂浮運動是復雜且難以分析的，這對于自由飛行空間機器人的空間作業(yè)也造成了不可忽視的困難。本文設計了自由飛行空間機器人位姿調整的模糊PD算法，根據(jù)接收到的實時位置信息，空間機器人可以自主地調整基座的姿態(tài)和位置來校正位姿誤差，保證目標的穩(wěn)定獲取。然后利用開發(fā)的實驗平臺與傳統(tǒng)的on/off式控制器進行了實驗對比，驗證了此方法在穩(wěn)定性、控制精度和燃料消耗上都有較好的表現(xiàn)。
　　 (4)闡述了所開

5、發(fā)的空間機器人地面實驗系統(tǒng)的設計準則和模塊化設計的總體方案，詳細描述了實驗系統(tǒng)的硬件結構、子系統(tǒng)的組成和性能特點，包括PC104控制子系統(tǒng)、機械臂控制子系統(tǒng)、機械爪控制子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)以及平臺等其它附屬設備。
　　 (5)分析研究了空間機器人目標獲取任務的整體算法設計，主要包括有機械臂的電機運動控制、基座的位姿調整算法、機械爪的開合控制和數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)?，并對主要程序和相關軟件環(huán)境進行了說明。
　　 最后，對已開展的工