摘要：以在轨服务高精度操控任务为背景,研究了铰间间隙和重力对空间机械臂末端轨迹跟踪精度的耦合影响,并设计了间隙补偿控制器.通过分析不同重力环境下含铰间间隙机构的运动特性,基于铰间间隙的Kelvin-Voigt线性弹簧阻尼假设,建立了地面装调及空间服役两种不同工况下的近似间隙等效模型.以二自由度空间机械臂为例,利用牛顿欧拉法推导了重力及重力释放条件下的含间隙机械臂动力学模型,并分离出了间隙补偿项.最后,通过轨迹跟踪控制仿真研究,给出了含间隙机械臂在不同重力环境下的动力学行为差异,同时验证了间隙补偿控制器的有效性.

摘要：研究了重力对含铰间间隙空间机械臂的轨迹跟踪控制的影响。针对空间机械臂在安装、调试阶段处于地面重力环境,在应用过程中处于空间微重力环境,重力环境的改变会使得在地面设计、装配、调试好的控制器在空间应用时达不到良好的控制精度和效果的问题,设计了不需被控对象模型的分数阶PD滑模控制器(PDμ-SMC)对含铰间间隙空间机械臂进行控制,并基于李亚普诺夫理论证明了渐近稳定性。仿真结果表明该控制策略能有效地抑制外部干扰,实现含铰间间隙空间机械臂在不同重力环境及存在外部扰动情况下仍然能对期望轨迹进行准确快速跟踪。

摘要：空间机械臂需要在空间微重力环境下服役,但是装配、调试与控制器设计、验证都需要在地面进行,设计好的控制器即使在地面调试结果理想,在空间微重力环境下应用时仍达不到良好的精度和效果。由于关节铰间间隙的存在不可避免导致空间机械臂精度和可靠性降低。针对这一问题,本文构造了分数阶终端滑模控制器(FOTSMC),使得含铰间间隙空间机械臂在不改变控制器参数的前提下,可以适应不同重力环境。同时利用李亚普诺夫稳定性定理可以保证系统的稳定性,并通过仿真实验验证了该控制策略可以有效地抑制外部扰动和间隙带来的非线性内部扰动,使得系统可以对期望轨迹进行准确快速跟踪。

摘要：分析了不同重力环境下铰间间隙对空间机械臂动力学性能带来的影响,研究了地面装调和空间应用两个阶段的含铰间间隙机构动力学模型,在此基础上设计了不依赖控制对象模型的空间机械臂自抗扰控制(ADRC)算法,以解决重力环境和铰间间隙的改变导致地面调试好的控制系统在空间应用时无法达到控制精度的问题。该算法将机构中重力和铰间间隙的变化作为系统中的干扰,通过利用扩张状态观测器(ESO)对其进行估计,经过非线性反馈控制进行补偿,提高系统控制精度。仿真结果表明,不同重力环境下该控制算法均能达到较高精度控制要求,使系统具有较强的抗干扰性能。

摘要：对低速运动带间隙空间2-RSSS机构的误差展开研究,首先建立了带间隙的空间2-RSSS机构的误差模型,并基于二力杆假设把约束副间隙误差转化成为杆长误差,在保持精度的条件下简化了误差模型.其次推导了敏度矩阵的参数化表示,并建立了该机构的误差仿真模型,求解了敏度矩阵的参量,该敏度矩阵解法结合了符号推导的规律性明显和数值计算结果精确的优势.最后基于数值仿真验证了近似敏度矩阵求解的有效性,并对该机构的误差进行了分析,给出了在确定加工精度条件下约束副间隙影响指向误差的关键参数以及这些关键参数的优化设计准则.