空間機器人雙臂捕獲航天器操作的無源自抗擾避撞從順控制

作者：艾海平,陳力

摘要：針對空間機器人雙臂捕獲非合作航天器過程中避免關節受沖擊破壞的避撞從順控制問題,在機械臂與關節電機之間設計了一種由旋轉型串聯彈性執行器(RSEA)構成的彈簧緩沖裝置.通過緩沖彈簧變形來吸收捕獲碰撞階段產生的沖擊能量,并采用合理的避撞從順控制策略,保證鎮定運動階段關節受到的沖擊力矩限制在安全范圍內.應用拉格朗日方法及牛頓-歐拉法,分別建立捕獲前雙臂空間機器人開環系統及航天器系統動力學模型;結合沖量定理、閉鏈系統位置及運動學關系,得到捕獲操作后兩者所構成閉鏈混合體系統的動力學模型.為實現失穩混合體系統的鎮定,提出了一種基于無源性理論的自抗擾避撞從順控制方案.此外,運用最小權值范數法對機械臂各關節力矩進行分配,保證了各臂協調操作.通過數值模擬,驗證了緩沖裝置的抗沖擊性能及控制策略的有效性.

發文機構：福州大學機械工程及自動化學院

關鍵詞：彈簧緩沖裝置空間機器人雙臂捕獲航天器避撞從順控制無源性理論自抗擾控制Spring class buffer deviceSpace robotDual-arm capture spacecraftCollision avoidance compliant controlPassivity theoryActive disturbance rejection control

分類號： V42[航空宇航科學與技術—飛行器設計]TP241[自動化與計算機技術—檢測技術與自動化裝置]