中国空间科学技术
中國空間科學技術
중국공간과학기술
CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY
2014年
2期
13-21
,共9页
球铰%控制力矩陀螺%机械臂%轨迹跟踪%空间机器人
毬鉸%控製力矩陀螺%機械臂%軌跡跟蹤%空間機器人
구교%공제력구타라%궤계비%궤적근종%공간궤기인
Spherical hinge%Control moment gyros%Robot arm%Trajectory tracking%Space robot
针对目前关节驱动方式的不足,提出一种采用无反作用力矩驱动方式的空间机器人设计概念。系统平台与各节机械臂上均安装一组金字塔构型的控制力矩陀螺(CMGs)作为力矩执行机构,各臂间由自由球铰连接。采用Rodriguez 参数描述平台姿态和机械臂角位移,利用Kane方程建立系统动力学模型。在此基础上,设计了渐近稳定的轨迹跟踪控制律,使得平台姿态和机械臂角位移跟踪期望运动轨迹;并设计了CM Gs操纵律,使之准确输出期望控制力矩。此外,研究了机械臂工作空间到关节空间的轨迹规划算法,使得所设计的控制律也可应用于工作空间的轨迹跟踪控制。由三关节系统的仿真结果,验证了无反作用力矩设计概念的可行性和轨迹规划算法的有效性。
針對目前關節驅動方式的不足,提齣一種採用無反作用力矩驅動方式的空間機器人設計概唸。繫統平檯與各節機械臂上均安裝一組金字塔構型的控製力矩陀螺(CMGs)作為力矩執行機構,各臂間由自由毬鉸連接。採用Rodriguez 參數描述平檯姿態和機械臂角位移,利用Kane方程建立繫統動力學模型。在此基礎上,設計瞭漸近穩定的軌跡跟蹤控製律,使得平檯姿態和機械臂角位移跟蹤期望運動軌跡;併設計瞭CM Gs操縱律,使之準確輸齣期望控製力矩。此外,研究瞭機械臂工作空間到關節空間的軌跡規劃算法,使得所設計的控製律也可應用于工作空間的軌跡跟蹤控製。由三關節繫統的倣真結果,驗證瞭無反作用力矩設計概唸的可行性和軌跡規劃算法的有效性。
침대목전관절구동방식적불족,제출일충채용무반작용력구구동방식적공간궤기인설계개념。계통평태여각절궤계비상균안장일조금자탑구형적공제력구타라(CMGs)작위력구집행궤구,각비간유자유구교련접。채용Rodriguez 삼수묘술평태자태화궤계비각위이,이용Kane방정건립계통동역학모형。재차기출상,설계료점근은정적궤적근종공제률,사득평태자태화궤계비각위이근종기망운동궤적;병설계료CM Gs조종률,사지준학수출기망공제력구。차외,연구료궤계비공작공간도관절공간적궤적규화산법,사득소설계적공제률야가응용우공작공간적궤적근종공제。유삼관절계통적방진결과,험증료무반작용력구설계개념적가행성화궤적규화산법적유효성。
A new reactionless space robot design concept was put forward to overcome the shortcomings of the current drive types . Control moment gyros (CMGs) were mounted on each part mechanical arm and system platform as movement actuators . Mechanical arms were connected with spherical hinges . Platform attitude and angular displacement were measured by the Rodrigues parameters (RPs) .Based on system dynamics model built with Kane method ,a gradually stable trajectory tracking control law was designed to track the platform attitude and mechanical arm angular displacement ,and a CMGs steering law was designed to output exact expected control torque .Moreover ,the designed control laws can be further extended to track and control the workspace trajectory by studying the trajectory planning algorithms between the mechanical arms workspace and joints space . The simulation results from the three joints systems have verified the feasibility of design and effectiveness of the proposed trajectory algorithms .