[發(fā)明專利]一種空間機器人協(xié)調(diào)運動的自適應模糊控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811220176.2
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109176529B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳志勇;李振漢;鄭永銘;王奮勇;譚健偉
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發(fā)明涉及一種空間機器人協(xié)調(diào)運動的自適應模糊控制方法。對于空間機器人，給出關(guān)節(jié)空間系統(tǒng)動力學方程；利用協(xié)調(diào)運動下的系統(tǒng)運動Jacobi矩陣，將關(guān)節(jié)空間動力學方程轉(zhuǎn)化為操作空間動力學方程；假設(shè)系統(tǒng)處于理想工況，初步設(shè)計空間機器人載體姿態(tài)與末端抓手協(xié)調(diào)運動的慣常非線性反饋控制方案；提出新型自適應模糊控制方案來替代非線性反饋控制方案，以進一步實現(xiàn)系統(tǒng)在未知慣性參數(shù)及外部擾動綜合影響下的協(xié)調(diào)運動軌跡跟蹤控制問題。本發(fā)明方法能夠解決系統(tǒng)模型參數(shù)不確定、外部擾動影響下空間機器人載體姿態(tài)及末端抓手協(xié)調(diào)運動的控制問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人智能控制及其數(shù)值仿真領(lǐng)域，具體涉及一種空間機器人協(xié)調(diào)運動的自適應模糊控制方法。

背景技術(shù)

空間機器人作為太空開發(fā)、建設(shè)的重要工具之一，其相關(guān)控制系統(tǒng)研究備受關(guān)注。一方面，空間機器人的載體姿態(tài)控制系統(tǒng)必須具備精確調(diào)姿的能力，以保證地空通訊順暢；另一方面，空間機器人的關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)也常被要求必須具備對機械臂末端運動的精確控制能力，以確保預期空間作業(yè)任務(wù)的順利實施。顯然，若要同時實現(xiàn)載體姿態(tài)及機械臂末端抓手的精確運動控制，空間機器人的載體姿態(tài)及關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)必須進行合理、有效地協(xié)調(diào)設(shè)計。與地面固定機器人相比，載體與機械臂之間的強烈動力學耦合作用使得空間機器人協(xié)調(diào)運動控制系統(tǒng)的設(shè)計難度變得更大，而空間機器人所面臨的系統(tǒng)參數(shù)波動、外部擾動影響則又加劇了這一情況的發(fā)生。傳統(tǒng)的非線性反饋控制策略因其控制輸入力矩設(shè)計需要精確的系統(tǒng)動力學模型信息，故難以適用于不確定性空間機器人系統(tǒng)的控制；慣常的許多自適應、魯棒等控制算法雖可用于解決特定工況下不確定性空間機器人的控制問題，但這些控制算法常需借助被控對象的各種動力學模型特性(如參數(shù)線性化性質(zhì)、慣性矩陣的對稱正定性等)方可實現(xiàn)其預期設(shè)計，且實際應用范圍仍具有一定的局限性。相比之下，模糊控制算法具有不依賴于被控對象數(shù)學模型的顯著特點，將其應用于各種非線性、強耦合的時變動力學系統(tǒng)控制，或許是一種不錯的選擇。不過值得一提的是，傳統(tǒng)的模糊控制方法主要是參閱人類專家的控制經(jīng)驗來制定模糊控制規(guī)則，其自學習或自組織能力相對較差，所得系統(tǒng)控制性能將待進一步改善。為了解決這一問題，本發(fā)明提出了一種漂浮基空間機器人載體姿態(tài)及末端抓手協(xié)調(diào)運動的新型自適應模糊控制方法，該控制方法所提及的模糊系統(tǒng)具有很強的自適應自學習能力，可有效消除參數(shù)不確定及外部擾動對空間機器人運動所產(chǎn)生的負面影響，在很大程度上提高了空間機器人的整體控制性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種空間機器人協(xié)調(diào)運動的自適應模糊控制方法，以解決系統(tǒng)模型參數(shù)不確定、外部擾動影響下空間機器人載體姿態(tài)及末端抓手協(xié)調(diào)運動的控制問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種空間機器人協(xié)調(diào)運動的自適應模糊控制方法，包括如下步驟：

步驟S1、對于空間機器人，給出關(guān)節(jié)空間系統(tǒng)動力學方程；

步驟S2、利用協(xié)調(diào)運動下的系統(tǒng)運動Jacobi矩陣，將關(guān)節(jié)空間動力學方程轉(zhuǎn)化為操作空間動力學方程；

步驟S3、假設(shè)系統(tǒng)處于理想工況，初步設(shè)計空間機器人載體姿態(tài)與末端抓手協(xié)調(diào)運動的慣常非線性反饋控制方案；

步驟S4、提出新型自適應模糊控制方案來替代非線性反饋控制方案，以進一步實現(xiàn)系統(tǒng)在未知慣性參數(shù)及外部擾動綜合影響下的協(xié)調(diào)運動軌跡跟蹤控制問題。

在本發(fā)明一實施例中，所述步驟S1中，關(guān)節(jié)空間系統(tǒng)動力學方程為：