旋翼飛行機(jī)器人操作臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模與控制.pdf

1、由于旋翼飛行機(jī)器人具有定點(diǎn)懸停、低速低空、垂直起降等其他飛行器所不具備的飛行特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)近十多年的發(fā)展，旋翼飛行機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于偵查、巡邏等領(lǐng)域，但這些作業(yè)主要是對(duì)環(huán)境的觀察與感知。通過(guò)將飛行機(jī)器人與操作臂結(jié)合所形成的飛行操作臂是最近新提出的一種設(shè)計(jì)概念，飛行操作臂能夠?qū)⑷说氖謳У娇罩幸酝瓿稍S多其他機(jī)器人所無(wú)法完成的作業(yè)任務(wù)，進(jìn)而拓展其原有應(yīng)用范圍。飛行操作臂特別適用于在人類難以到達(dá)的惡劣環(huán)境進(jìn)行遙控或者自主作業(yè)。本文以輸電線路維護(hù)與

2、檢修所必須的輸電線纜割斷為著眼點(diǎn)，期望以通過(guò)飛行操作臂的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)來(lái)完成偏遠(yuǎn)山區(qū)輸電線路損毀時(shí)的線纜割斷操作以保證電網(wǎng)的安全的任務(wù)為背景來(lái)驗(yàn)證飛行操作臂的控制方法。
　　本文首先分析了飛行操作臂系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。隨后基于載重量限制與線纜割斷要求設(shè)計(jì)了操作臂的結(jié)構(gòu)，并提出了基于液壓的操作臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以保障作業(yè)過(guò)程中的安全和剪切力。通過(guò)對(duì)輸電線纜的割斷作業(yè)，驗(yàn)證了該操作臂機(jī)構(gòu)的有效性。作為仿真分析與控制器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，基于 D-H方法

3、建立了該操作臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并基于拉格朗日方程建立了操作臂的動(dòng)力學(xué)方程。在控制設(shè)計(jì)部分，為解決操作臂與飛行機(jī)器人相互耦合的問(wèn)題，提出了將兩者的相互作業(yè)力/力矩分別作為擾動(dòng)項(xiàng)納入控制器設(shè)計(jì)約束的方法，建立了基于H∞的魯棒控制器以解決擾動(dòng)抑制問(wèn)題以保證作業(yè)過(guò)程中的飛行安全，仿真實(shí)驗(yàn)表明所提出的魯棒控制方法能夠有效地解決對(duì)兩者相互耦合作用的影響。針對(duì)作業(yè)過(guò)程中操作臂軌跡規(guī)劃的需要，建立了末端機(jī)構(gòu)到操作臂各關(guān)節(jié)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并建立了對(duì)應(yīng)的軌跡規(guī)