擬人機器人參數(shù)化逆運動學及在軌裝配的協(xié)調(diào)規(guī)劃研究.pdf

1、人類在進行空間資源探索和利用的同時，也產(chǎn)生了越來越多的空間在軌裝配及維修任務。為保證航天員的生命安全，降低出艙危險，采用空間智能操控設備輔助甚至代替宇航員完成上述任務變得尤為重要。傳統(tǒng)單個機械臂難以完成復雜多樣的任務，擬人雙臂機器人則因為靈活可靠得到了越來越多的關注。本文針對雙臂機器人執(zhí)行裝配作業(yè)的需求，開展了冗余機械臂的參數(shù)化逆運動學、協(xié)調(diào)規(guī)劃及阻抗控制的研究。
　　根據(jù)在軌任務的特點，設計了執(zhí)行裝配作業(yè)的機械臂阻抗控制算法，并

2、用已有6DOF機械臂樣機進行了實驗研究。該算法將末端與環(huán)境的接觸力和力矩轉換為末端位置和姿態(tài)的補償量，在不改變原有控制體系的同時，實現(xiàn)了末端力柔順控制目標。進一步的實驗還表明，6DOF機械臂的靈活性有限，無法進行操作性能的進一步優(yōu)化。因此，在實現(xiàn)6DOF裝配算法的基礎上，開展了7DOF機械臂的逆運動學和雙臂協(xié)調(diào)裝配的研究。
　　針對所設計的7DOF擬人機械臂構型，提出了基于雙臂型角參數(shù)化的解析逆運動學求解方法。在采用臂型角參數(shù)化冗

3、余自運動的基礎上，通過兩個正交向量定義兩個絕對參考面，得到滿足特定關系的雙臂型角，回避了算法奇異。通過分析雙臂協(xié)調(diào)操作時形成的閉鏈特性，推導了位置級、速度級、加速度級以及內(nèi)力級的約束方程，提出了不同層級的雙臂協(xié)調(diào)規(guī)劃方法，通過ADAMS對目標搬運過程進行仿真，驗證了方法的有效性。
　　論文還分析了雙臂機器人對大型柔性結構進行裝配的振動特性，提出了減小振動的協(xié)調(diào)規(guī)劃策略。仿真分析表明，柔性載荷的振動主要與加速度的大小有關，通過選擇始