[發明專利]一種利用機械臂抑制航天器基座姿態干擾的方法

有效

• 申請號: 201711279483.3
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108132601B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 王明明;羅建軍;袁建平;朱戰霞
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西北工業大學深圳研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08;B25J9/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 楊博

1.一種利用機械臂抑制航天器基座姿態干擾的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立空間機器人系統的動力學模型：

其中H_b,H_m,H_a分別表示基座、機械臂和天線的慣量矩陣；H_bm,H_ba分別表示機械臂與基座，天線與基座之間的動力學耦合矩陣；c_b,c_m,c_a表示基座、機械臂、天線的科里奧利力和離心力；τ_m,τ_a分別表示機械臂、天線關節電機的控制力矩；f_b,f_e分別表示作用于基座與機械臂末端執行器的廣義外力；J_b,J_e為基座和末端執行器的Jacobian矩陣；依據角動量守恒定律得到空間機器人系統的角動量為：其中I_s∈R^3×3為空間機器人的慣量矩陣,ω_b為基座的轉動角速度，I_bm∈R^3×n和I_ba∈R^3×2為機械臂與基座、天線與基座的耦合慣量矩陣；

步驟2，設計動態平衡狀態下的機械臂關節軌跡，其中包括最小化姿態干擾的任務和同時考慮末端執行器任務以及最小化基座干擾任務兩種情形；

步驟3，設計機械臂關節速度的閉環逆運動學控制為：

其中為空間機械臂的Jacobian矩陣J_m的偽逆，和分別表示末端執行器的位置和姿態偏差，ε_e為末端執行器的姿態，為一個正定控制增益矩陣，δx_e為跟蹤誤差，其中K_P的各個元素值越大，δx_e的范數越小；并且根據步驟2中最小化姿態干擾的任務和同時考慮末端執行器任務以及最小化基座干擾任務兩種不同的情形，結合上述閉環逆運動學控制設計機械臂關節運動軌跡；

所述步驟2中在最小化姿態干擾的情形下機械臂關節軌跡為：

其中是I_bm的零空間映射；

所述步驟3中最小化姿態干擾的任務結合閉環逆運動學控制設計機械臂關節軌跡為：

所述步驟2中同時考慮末端執行器的任務以及最小化基座干擾的任務，且最小化基座干擾的任務為主任務時，機械臂關節軌跡為：

其中

所述步驟3中同時考慮末端執行器的任務以及最小化基座干擾的任務，且最小化基座干擾的任務為主任務時，結合閉環逆運動學控制設計機械臂關節軌跡為：

所述步驟2中同時考慮末端執行器的任務以及最小化基座干擾的任務的情形下，且機械臂末端執行器的任務為主任務時，機械臂關節軌跡為：

其中

所述步驟3中同時考慮末端執行器的任務以及最小化基座干擾的任務的情形下，且機械臂末端執行器的任務為主任務時，結合閉環逆運動學控制設計機械臂關節軌跡為：