空间机器人在轨双臂辅助航天器对接力/位置嵌套双层滑模阻抗控制

作     者：朱安 陈力 ZHU An;CHEN Li

作者机构：江西理工大学能源与机械工程学院江西南昌330013 福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.51741502) 福建省工业机器人基础部件技术重大研发平台资助项目(No.2014H21010011) 福建省机器人基础部件与系统集成创新中心专项资金项目 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2023年第31卷第22期

页      码：3266-3278页

摘      要：为了实现空间机器人捕获航天器及辅助对接操作的柔顺化,对航天器对接装置的输出力与位姿的精确控制进行了研究,且在关节电机与机械臂之间添加了弹簧阻尼缓冲装置,以防止接触、碰撞时产生的巨大冲击力造成关节破坏。首先,结合Newton第三定律、捕获点的速度约束及闭链系统的几何约束,获得了捕获航天器后的混合体系统动力学方程,通过动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力。接着,通过航天器对接装置相对载体坐标系的运动学关系,建立了对接操作过程中的阻抗模型。然后,设计了一种鲁棒自适应双层滑模控制策略,其与阻抗控制相结合,采用力加载随动控制系统实现对接装置的位姿与输出力的精确控制,以降低接触、碰撞时的冲击力。该控制策略具有双层滑模结构,其第一层保证混合体系统在有限时间内收敛,第二层用于解决控制的高增益问题。最后,通过Lyapunov定理证明了系统的稳定性;利用数值仿真验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,在给定的速度下缓冲装置最大可将碰撞冲击力矩降低46.78%,输出力的控制精度优于0.5 N,位置、姿态的控制精度优于10^(-3)m,0.5°。

主 题 词：双臂空间机器人 缓冲装置 辅助对接操作 阻抗控制 双层滑模 

学科分类：0711[理学-心理学类] 080202[080202] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 0825[工学-环境科学与工程类] 0811[工学-水利类] 

核心收录：

D　O　I：10.37188/OPE.20233122.3266

馆 藏 号：203125162...