自由飛行空間機(jī)器人路徑規(guī)劃算法的研究.pdf

1、自由飛行空間機(jī)器人FFSR(Free-FlyingSpaceRobot)，又叫機(jī)器人衛(wèi)星RS(RobotSatellite)或空間機(jī)械臂(SpaceManipulator)，由衛(wèi)星本體和其上搭載的機(jī)械臂組成。自由飛行空間機(jī)器人可以在宇宙空間自由浮游和飛行，代替宇航員執(zhí)行維修或更換零部件等艙外作業(yè)。與航天飛機(jī)相比，由于它具有小型、靈活、價(jià)格便宜等特點(diǎn)而受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前，自由飛行空間機(jī)器人系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為國(guó)際上自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)研究

2、熱點(diǎn)，但自由飛行空間機(jī)器人的很多技術(shù)問(wèn)題仍有待進(jìn)一步解決。因此，對(duì)自由飛行空間機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)的研究不論在理論上還是在實(shí)踐上都具有十分重大的意義。 空間機(jī)器人捕捉目標(biāo)時(shí)，首先要進(jìn)入目標(biāo)衛(wèi)星的同一平面軌道，并接近目標(biāo)。在確定了FFSR的會(huì)合點(diǎn)之后，使機(jī)器人采用適當(dāng)?shù)乃惴?，要求空間機(jī)器人既要節(jié)省燃料和時(shí)間，又要安全地避開(kāi)障礙物達(dá)到匯合點(diǎn)，尋找價(jià)值消耗最低的路徑，這就是FFSR飛行路徑的選擇問(wèn)題。本文利用改進(jìn)型蟻群算法使FFSR尋找路

3、徑過(guò)程迅速收斂，計(jì)算機(jī)仿真表明這種控制方法可以使FFSR很好地搜尋最優(yōu)路徑。本文中還研究了蟻群算法在Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，利用蟻群算法訓(xùn)練Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，可以提高訓(xùn)練速度，減少收斂到局部極值點(diǎn)的幾率，基于蟻群算法的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于多空間站訪問(wèn)問(wèn)題時(shí)優(yōu)于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 空間機(jī)器人工作在惡劣的太空環(huán)境中，除了已知的控制作用以外，經(jīng)常有一些外界的雜散信號(hào)對(duì)系統(tǒng)起作用?？臻g機(jī)器人在控制過(guò)

4、程中，由于環(huán)境等條件的改變而受到隨機(jī)信號(hào)的影響。因此，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，除了要考慮控制作用外，還必須考慮噪聲的影響，通過(guò)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂破?，抑制或?yàn)V掉噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響。本文中將噪聲假設(shè)為能量有限信號(hào)，設(shè)計(jì)了FFSR末端效應(yīng)器的H∞控制器，有效地抑制了噪聲的影響。 空間機(jī)器人是一個(gè)多輸入多輸出、強(qiáng)非線性、高耦合和含有許多變參數(shù)的復(fù)雜控制系統(tǒng)。因此按照常規(guī)的控制方法來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)不能得到理想效果，必須考慮機(jī)器人建模時(shí)忽略的不確定因素進(jìn)

5、行分析和研究，以提高機(jī)器人的工作性能。本文根據(jù)空間機(jī)器人的控制要求，提出了改進(jìn)的保成本控制算法。利用該控制方法，即使在不能得到精確動(dòng)力學(xué)方程的情況下也能進(jìn)行FFSR末端效應(yīng)器控制，該算法比以往的保性能控制算法的保守性低。 在實(shí)際空間機(jī)器人系統(tǒng)中，系統(tǒng)的某些狀態(tài)變量不易直接測(cè)量，從而使?fàn)顟B(tài)反饋在物理實(shí)現(xiàn)上成為不可能。因而，一個(gè)很重要的問(wèn)題就是如何構(gòu)造系統(tǒng)的狀態(tài)觀測(cè)器，從而用觀測(cè)器輸出的狀態(tài)代替實(shí)際系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行反饋控制。本文推導(dǎo)出