非冗余空間機(jī)械臂反作用優(yōu)化的研究.pdf

1、隨著人們探索太空活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，空間機(jī)械臂得到了廣泛的應(yīng)用。但由于航天器本體和機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)耦合，機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致基座位姿產(chǎn)生偏移，特別是兩者質(zhì)量比不是很大時(shí)，這個(gè)問(wèn)題變得尤為嚴(yán)重。本文主要研究非冗余空間機(jī)器人反作用優(yōu)化的目標(biāo)和方法，并進(jìn)行仿真和地面實(shí)驗(yàn)，分析優(yōu)化結(jié)果并總結(jié)規(guī)律。
　　本文首先研究了空間機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)空間機(jī)器人的基座受控情況，提出了兩類優(yōu)化目標(biāo)：受控基座全局、峰值反作用優(yōu)化，和浮動(dòng)基座的姿態(tài)全局偏

2、移。在基于軌跡參數(shù)化的關(guān)節(jié)空間優(yōu)化基礎(chǔ)上，提出了基于軌跡參數(shù)化的笛卡爾空間優(yōu)化方法，很好地滿足了浮動(dòng)基座空間機(jī)械臂反作用優(yōu)化的需求。
　　其次，設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間反作用優(yōu)化流程，選擇遺傳算法進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，來(lái)解決復(fù)雜系統(tǒng)多參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。在進(jìn)行笛卡爾空間優(yōu)化時(shí)，在遺傳算法中加入避奇異功能，使其具有在奇異和軌跡不可達(dá)時(shí)可以進(jìn)行自動(dòng)回避，使笛卡爾空間優(yōu)化方法具有可操作性。
　　再次，本文應(yīng)用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，綜合spaced

3、yn和OpenInventor建立了一種建模簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性強(qiáng)的空間機(jī)器人仿真環(huán)境，完成了本文的仿真實(shí)驗(yàn)。在結(jié)果分析的基礎(chǔ)上指出全局優(yōu)化會(huì)引起的峰值效應(yīng)并分析原因，多關(guān)節(jié)的疊加效應(yīng)可以產(chǎn)生良好的峰值優(yōu)化效果。相同條件下笛卡爾空間優(yōu)化方法的優(yōu)化效果要略優(yōu)于關(guān)節(jié)空間優(yōu)化方法。利用笛卡爾空間反作用優(yōu)化，可以減小浮動(dòng)基座機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的基座姿態(tài)偏移。
　　最后應(yīng)用哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間機(jī)械臂地面模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行地面實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了仿真實(shí)驗(yàn)的正確性和優(yōu)