[發(fā)明專利]基于IAVOA的主從太空采礦機(jī)器人自適應(yīng)控制系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310168005.4
• 申請(qǐng)日: 2023-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN116520688A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉新華;王百一;華德正;劉霄陽;胡夢(mèng)雅;格熱戈?duì)柎摹ち_爾奇克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 徐州先卓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32555
• 代理人: 于浩

本發(fā)明公開了一種基于IAVOA的主從太空采礦機(jī)器人自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括根據(jù)太空采礦機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，建立太空采礦機(jī)器人的主從運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，進(jìn)而建立太空采礦機(jī)器人的軌跡跟蹤控制系統(tǒng)；在控制器設(shè)計(jì)過程中，采用直接反饋線性化理論，實(shí)現(xiàn)太空采礦機(jī)器人非線性系統(tǒng)的全局精確線性化，大幅簡(jiǎn)化太空采礦機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題；通過引入Henon混沌映射種群初始化和精英種群策略，實(shí)現(xiàn)了算法種群的最優(yōu)初始化，外部存儲(chǔ)庫能夠幫助禿鷲種群選擇更多的解空間，避免產(chǎn)生大量相同非劣解；可以使得太空采礦機(jī)器人控制系統(tǒng)控制參數(shù)的自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)節(jié)，有效應(yīng)對(duì)小行星表面復(fù)雜的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)于太空采礦機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)，具體為一種基于IAVOA的主從太空采礦機(jī)器人自適應(yīng)控制系統(tǒng)，屬于航天技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)如今，隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)及科技實(shí)力的不斷發(fā)展，石油、天然氣及煤炭等重要能源的消耗比重日益增大。地球上的黑色金屬、重金屬、輕金屬等重要礦產(chǎn)資源十分有限，即將面臨枯竭。

而地球之外的礦產(chǎn)資源、可利用資源極為豐富，月球、火星、近地小行星等天體上都蘊(yùn)含著豐富的礦產(chǎn)資源及稀有金屬。因此，為了解決地球資源日益枯竭的難題，設(shè)計(jì)多功能、高可靠性的太空采礦機(jī)器人，并實(shí)現(xiàn)其在外太空天體表面運(yùn)行、抓取、翻轉(zhuǎn)等行為的精確控制是非常重要的。

目前，我國(guó)的太空采礦機(jī)器人的控制系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：

(1)以近地小行星為研究對(duì)象的太空機(jī)器人的研究處于起步階段，針對(duì)該種環(huán)境下的機(jī)器人控制系統(tǒng)較少，無法完成對(duì)太空采礦機(jī)器人運(yùn)行過程的精確控制；

(2)針對(duì)外太空天體存在的崎嶇多變的表面環(huán)境，太空采礦機(jī)器人在運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生滑移滑轉(zhuǎn)等情況，對(duì)控制系統(tǒng)的要求很高，當(dāng)前的控制系統(tǒng)自適應(yīng)能力較弱，很難滿足太空采礦機(jī)器人的實(shí)際需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述至少一個(gè)技術(shù)問題而提供一種基于IAVOA的主從太空采礦機(jī)器人自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種基于IAVOA的主從太空采礦機(jī)器人自適應(yīng)控制系統(tǒng)，所述主從太空采礦機(jī)器人自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括：

以六輪太空采礦機(jī)器人為研究對(duì)象建立的太空采礦機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

所述六輪太空采礦機(jī)器人包括差動(dòng)機(jī)構(gòu)、懸架組件以及太空采礦機(jī)器人車輪，所述懸架組件分別連接在差動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩端，所述懸架組件包括主懸架以及與主懸架相連接的副懸架，所述主懸架與副懸架上均通過轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)連接有太空采礦機(jī)器人車輪，每個(gè)所述太空采礦機(jī)器人車輪均連接有驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

所述主從太空采礦機(jī)器人自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制方法包括：

步驟一、以六輪太空采礦機(jī)器人為研究對(duì)象，假設(shè)太空采礦機(jī)器人整體材料均勻、質(zhì)心位于車體幾何中心，建立太空采礦機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

步驟二、在進(jìn)行太空采礦機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制過程中，為描述其軌跡跟蹤過程，引入主從太空采礦機(jī)器人的軌跡追隨模型，并引入一個(gè)與主太空采礦機(jī)器人保持恒定距離且運(yùn)動(dòng)方向始終一致的虛擬機(jī)器人；

步驟三、簡(jiǎn)化主從太空采礦機(jī)器人控制模型，采用坐標(biāo)變換的方法，建立以從太空采礦機(jī)器人為主體的坐標(biāo)系；

步驟四、完成太空采礦機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，并以此建立太空采礦機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器，同時(shí)采用IAVOA優(yōu)化算法對(duì)太空采礦機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化；

步驟五、針對(duì)禿鷲種群的隨機(jī)初始化，引入Henon混沌映射種群初始化和精英種群策略，完成非洲禿鷲算法的改進(jìn)，并借此完成主從太空采礦機(jī)器人自適應(yīng)控制系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化選取。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：步驟一中，所建立太空采礦機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型如下：