[發明專利]一種基于機械臂驅動的飛行器位姿耦合快速穩定控制方法

有效

• 申請號: 201811279414.7
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109270955B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 張烽;焉寧;唐慶博;高朝輝;申麟;李揚;李一帆;張柳;張恒浩;呂靜
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐輝

1.一種基于機械臂驅動的飛行器位姿耦合快速穩定控制方法，飛行器攜帶一條n自由度機械臂，具有n個轉動關節，每兩個轉動關節之間由臂桿連接，轉動關節J_n通過臂桿B_n連接末端執行器；

其特征在于，包括如下步驟：

(1)獲取飛行器系統參數和任務參數；

(2)根據飛行器系統參數和任務參數計算初始線動量P₀和初始角動量L₀；

(3)設定收斂時間T_r，根據飛行器任務參數，設計參考運動軌跡；

(4)根據參考運動軌跡確定參考指令關節角速度矢量

(5)根據參考指令關節角速度矢量計算指令關節角Θ_r和指令關節角加速度矢量并判斷是否滿足約束條件，若滿足，則進入步驟(6)，若不滿足，增大收斂時間T_r，返回步驟(3)；

(6)根據當前時刻飛行器任務參數，確定當前時刻耦合矩陣H_b(t)，控制矩陣H_bm(t)，初始動量相關矩陣H₀(t)；

(7)根據耦合矩陣H_b(t)，控制矩陣H_bm(t)，初始動量相關矩陣H₀(t)確定指令角速度矢量

(8)輸出當前時刻指令關節角速度矢量返回步驟(6)。

2.如權利要求1所述的基于機械臂驅動的飛行器位姿耦合快速穩定控制方法，其特征在于，飛行器系統參數包括：飛行器質量m₀、機械臂關節數n、第k個臂桿質量m_k、機械臂第k個關節質量m_Jk、關節傳動比λ、第k個關節J_k至第k個臂桿質心C_k位置矢量a_k、第k個臂桿質心C_k至第k+1個關節J_k+1的位置矢量b_k、機械臂第k個臂桿慣性矩陣I_k、機械臂第k個關節慣性矩陣I_Jk、飛行器慣性矩陣I₀、關節1的安裝位置矢量b₀、第k個關節J_k的電機質心偏移矢量Δr_Jk。

3.如權利要求2所述的基于機械臂驅動的飛行器位姿耦合快速穩定控制方法，其特征在于，飛行器任務參數包括：飛行器初始位置矢量r₀(0)、初始線速度矢量v₀(0)、飛行器初始姿態四元數q(0)，初始角速度矢量ω₀(0)、及機械臂各關節初始角速度及初始關節角度Θ(0)，各關節角、關節角速度和關節角加速度的最大值D_k,U_k,Q_k,k＝1,2,...,n。

4.如權利要求3所述的基于機械臂驅動的飛行器位姿耦合快速穩定控制方法，其特征在于，計算初始線動量P₀和初始角動量L₀的具體方法為：

其中r_k為第k個臂桿B_k(k＝1,2,...,n)的質心位置矢量，r_Jk表示第k個關節J_k(k＝1,2,...,n)的電機質心位置矢量；ω_Jk為機械臂第k個關節的角速度矢量；的含義為飛行器初始時刻的線速度；的含義為第k個臂桿的質心速度；的含義為第k個關節的電機質心速度；ω_k的含義為第k個關節的角速度。