艾海平，陳 力

(福州大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福州 350116)

1 引 言

近年來隨著人類探索太空的進(jìn)一步深入，空間任務(wù)日益增多，考慮到太空環(huán)境的惡劣性，宇航員出艙進(jìn)行操作任務(wù)會(huì)面臨很大的危險(xiǎn)，利用空間機(jī)器人系統(tǒng)來替代宇航員完成空間失效衛(wèi)星的維修、在軌燃料加注和在軌裝配等操作任務(wù)成為較佳的選擇，并引起了眾多學(xué)者的關(guān)注[1-6]。同時(shí)，由于失效的衛(wèi)星將影響空間任務(wù)的執(zhí)行，考慮到空間資源的寶貴及衛(wèi)星回收的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，空間機(jī)器人捕獲失效衛(wèi)星操作的研究具備重要意義[7-9]。

Gasbarri等[10]介紹了用于預(yù)抓取及抓取后的兩種控制策略。Virgili-Llop等[11]提出了一種基于凸形編程的制導(dǎo)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)翻滾衛(wèi)星的捕獲。程靖等[12]討論了空間機(jī)器人捕獲衛(wèi)星操作后姿態(tài)管理及其后輔助對(duì)接操作的協(xié)調(diào)控制問題，提出了一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的自適應(yīng)控制方案。Stolfi等[13]研究了捕獲非合作柔性衛(wèi)星的參數(shù)辨識(shí)問題，并采用阻抗算法對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行控制。Lampariello等[14]提出了一種非線性優(yōu)化控制方法，以實(shí)現(xiàn)有限時(shí)間內(nèi)對(duì)翻滾目標(biāo)的抓捕。

雖然上述學(xué)者對(duì)空間機(jī)器人系統(tǒng)捕獲衛(wèi)星操作技術(shù)的動(dòng)力學(xué)及控制問題進(jìn)行了研究，但是以上研究多停留在捕獲前運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃及捕獲后鎮(zhèn)定控制上?？紤]空間機(jī)器人捕獲衛(wèi)星時(shí)，兩者不可避免會(huì)發(fā)生接觸和碰撞，在此過程中，空間機(jī)器人的機(jī)械臂關(guān)節(jié)處將會(huì)受到很大的沖擊力矩，由于關(guān)節(jié)電機(jī)只能承受一定范圍內(nèi)的力矩，若所受沖擊力矩超過其能承受的極限值，將造成電機(jī)的過載或損壞。因此，在捕獲操作過程中采取一定措施以避免空間機(jī)器人最薄弱的部位(關(guān)節(jié)電機(jī))受到這種沖擊而損壞是極其必要的。然而，目前針對(duì)保護(hù)空間機(jī)器人關(guān)節(jié)免受捕獲操作產(chǎn)生的沖擊載荷破壞的研究鮮見報(bào)道，故對(duì)其研究有著重要的探索價(jià)值。

為了實(shí)現(xiàn)空間機(jī)器人捕獲衛(wèi)星過程保護(hù)關(guān)節(jié)不受捕獲操作產(chǎn)生的沖擊載荷的破壞，本文嘗試將RSEA(Rotary Series Elastic Actuator)裝置引入到空間機(jī)器人系統(tǒng)中，同時(shí)設(shè)計(jì)與之配合的控制策略以實(shí)現(xiàn)避撞柔順控制。這是因?yàn)?，RSEA裝置可以在機(jī)械臂與外界環(huán)境發(fā)生接觸和碰撞時(shí)很好地保護(hù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)[15,16]，并有效緩沖和減小捕獲操作產(chǎn)生的沖擊能量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)捕獲操作階段對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)的保護(hù)?？紤]RSEA裝置的引入，空間機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)節(jié)將具備柔性，關(guān)節(jié)的柔性將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生彈性振動(dòng)，若不對(duì)該彈性振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)抑制，很可能導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，進(jìn)而影響捕獲任務(wù)的進(jìn)行。

針對(duì)彈性振動(dòng)的主動(dòng)抑制，本文基于奇異攝動(dòng)思想，將捕獲后的混合體系統(tǒng)分解為快變子系統(tǒng)及慢變子系統(tǒng)。針對(duì)快變子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于速度差值反饋的控制器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)彈性振動(dòng)的主動(dòng)抑制。針對(duì)慢變子系統(tǒng)，提出了一種基于無源性的模糊滑模鎮(zhèn)定控制方案。此外，考慮到通常情況下速度信號(hào)會(huì)因?yàn)樵肼暤仍驘o法精確測(cè)量，因此，結(jié)合速度觀測(cè)器對(duì)上述控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)；同時(shí)，針對(duì)捕獲過程產(chǎn)生的擾動(dòng)項(xiàng)，設(shè)計(jì)了模糊控制滑模控制項(xiàng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的補(bǔ)償。上述結(jié)合柔順裝置給出的控制方案在有效實(shí)現(xiàn)吸收和緩沖捕獲操作產(chǎn)生的沖擊能量的同時(shí)，還能在沖擊能量過大時(shí)適時(shí)開啟或關(guān)閉關(guān)節(jié)電機(jī)，以避免關(guān)節(jié)電機(jī)發(fā)生過載與破壞。利用所提控制算法進(jìn)行數(shù)值仿真，驗(yàn)證了上述避撞柔順控制策略的正確性。

2 柔順裝置結(jié)構(gòu)及避撞柔順策略

配置柔順裝置空間機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械臂關(guān)節(jié)由電機(jī)通過RSEA裝置驅(qū)動(dòng)，RSEA裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在捕獲階段，機(jī)械臂末端與目標(biāo)衛(wèi)星發(fā)生接觸和碰撞，并對(duì)關(guān)節(jié)處產(chǎn)生很大的沖擊力矩，該力矩先作用在RSEA裝置的掃臂上，然后通過掃臂將力矩傳遞到彈簧組上，通過彈簧組的變形將沖擊能量存儲(chǔ)在彈簧里，以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)的保護(hù)。在鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)階段，電機(jī)開啟時(shí)也會(huì)受到?jīng)_擊力矩，若所受力矩超過電機(jī)所能承受的極限而不關(guān)停電機(jī)，其將遭受過載或破壞。因此，需要根據(jù)關(guān)節(jié)電機(jī)所能承受的力矩極限設(shè)置一個(gè)關(guān)機(jī)力矩閾值使其關(guān)停。當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)所受沖擊力矩超過關(guān)機(jī)力矩閾值后電機(jī)關(guān)停，由于RSEA裝置的存在，其內(nèi)部彈簧組會(huì)提供彈力來減小關(guān)節(jié)所受的沖擊力矩。為避免電機(jī)頻繁開關(guān)機(jī)，進(jìn)而影響電機(jī)性能，本文所提的避撞柔順控制策略設(shè)置了兩個(gè)力矩閾值，一個(gè)是電機(jī)關(guān)機(jī)力矩閾值，另一個(gè)是電機(jī)開機(jī)力矩閾值。當(dāng)關(guān)節(jié)所受力矩超過關(guān)機(jī)力矩閾值時(shí)，電機(jī)關(guān)停；當(dāng)關(guān)節(jié)所受力矩低于開機(jī)力矩閾值時(shí)，電機(jī)再次開啟。

圖1 RSEA裝置結(jié)構(gòu)

Fig.1 Structure of RSEA

3 動(dòng)力學(xué)建模

以做平面運(yùn)動(dòng)的配置柔順裝置空間機(jī)器人系統(tǒng)捕獲衛(wèi)星操作過程為例，如圖2所示，建立其動(dòng)力學(xué)模型。

本文所用符號(hào)定義如下。假設(shè)系統(tǒng)載體的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其質(zhì)心O0至O1的距離分別為m0，I0和L0；兩機(jī)械臂的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及兩臂桿長(zhǎng)度分別為mi，Ii和Li(i=1,2)；兩關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Ii m；di為第i個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸中心到機(jī)械臂質(zhì)心的距離；ki m為第i個(gè)RSEA裝置中彈簧的剛度；θ0為載體姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)角，θi為機(jī)械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，θi m為關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。系統(tǒng)總質(zhì)心及載體、機(jī)械臂質(zhì)心在慣性坐標(biāo)系下位置矢量分別為rc,r0和ri；被捕獲衛(wèi)星的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為ma和Ia。

根據(jù)圖2中位置關(guān)系，可得捕獲前空間機(jī)器人系統(tǒng)各分體質(zhì)心的位置矢量表達(dá)式為

(1)

式中xb和yb為載體質(zhì)心位置坐標(biāo)；ei(i=0,1,2)為各連體坐標(biāo)系xi(i=0,1,2)方向的基矢量。

對(duì)式(1)進(jìn)行求導(dǎo)，可得系統(tǒng)總動(dòng)能表達(dá)式為

(2)

式中ωi(i=0,1,2)為各分體相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的角速度，ωj m(j=1,2)為電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度。

圖2 含RSEA的空間機(jī)器人系統(tǒng)及目標(biāo)衛(wèi)星系統(tǒng)

Fig.2 Space robot with RSEA and target satellite system

不計(jì)太空重力影響，可知空間機(jī)器人系統(tǒng)勢(shì)能只來源于RSEA裝置，因而其總勢(shì)能表達(dá)式為

(3)

式中Δxi L=x(αi)，Δxi R=-x(αi)分別表示其左右側(cè)彈簧變形量，x(αi)=Rsin(αi)，αi為輸入圓盤與掃臂之間的角度差。

基于上述動(dòng)能和勢(shì)能表達(dá)式，結(jié)合第二類拉格朗日方程，可得未發(fā)生捕獲碰撞前載體位置不受控，姿態(tài)受控的空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型為

(4)

對(duì)于被捕獲衛(wèi)星，可將其視為均質(zhì)剛體，則可通過牛頓-歐拉法獲得其動(dòng)力學(xué)模型：

(5)

(6)

由于空間機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行捕獲操作過程未受外力作用，整個(gè)系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒關(guān)系。結(jié)合動(dòng)量守恒關(guān)系，對(duì)式(6)兩端進(jìn)行積分并整理得[12]

(7)

式中t0為發(fā)生接觸碰撞的時(shí)刻，Δt為完成捕獲所需時(shí)間，捕獲完成后，兩者形成混合體系統(tǒng)。

對(duì)于捕獲完成后的混合體系統(tǒng)，空間機(jī)器人與衛(wèi)星接觸點(diǎn)滿足速度約束，即自t0+Δt時(shí)刻滿足：

(8)

結(jié)合式(7，8)，可得捕獲碰撞對(duì)空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響為

(9)

對(duì)式(4)第一項(xiàng)進(jìn)行求導(dǎo)，并整理得

(10)

(11)

式中(JT)+1為JT的偽逆，且有(JT)+1=J(JTJ)-1。由于捕獲碰撞時(shí)間極小，則碰撞力可以近似為

F=P/Δt

(12)

捕獲操作完成后，空間機(jī)器人與目標(biāo)衛(wèi)星形成混合體系統(tǒng)，兩者滿足速度及位置約束關(guān)系，即式(8)恒成立，對(duì)式(8)求導(dǎo)，并整理得

(13)

結(jié)合式(4，6，13)，可得混合體系統(tǒng)綜合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程為

(14)

為延長(zhǎng)空間機(jī)器人在軌服務(wù)年限，使載體位置處于不受控狀態(tài)，式(14)為欠驅(qū)動(dòng)形式。為將式(14)化為全驅(qū)動(dòng)形式動(dòng)力學(xué)方程，將其寫成分塊子矩陣形式：

(15)

(16)

式中

4 控制器設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)捕獲后失穩(wěn)混合體系統(tǒng)的避撞柔順控制，本文借助奇異攝動(dòng)技術(shù)，推導(dǎo)出了等效剛度下的快慢變子系統(tǒng)模型。針對(duì)快變子系統(tǒng)提出了一種速度差值反饋控制器；針對(duì)慢變子系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種用于鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)的無源性模糊滑?？刂品桨?，以實(shí)現(xiàn)避撞柔順控制。

4.1 快變子系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

考慮混合體系統(tǒng)針對(duì)快變子系統(tǒng)和慢變子系統(tǒng)分別進(jìn)行控制方案設(shè)計(jì)，因此關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的總控制律可寫為

τm=τs+τf

(17)

式中τs∈R2 × 1為慢變子系統(tǒng)控制力矩，τf∈R2 × 1為快變子系統(tǒng)控制力矩。

定義系統(tǒng)快變量為σ=K(θm-θ)。假設(shè)正比例因子ζ及正定對(duì)角矩陣K1，并令其滿足：

K=K1/ζ2

(18)

結(jié)合式(18)及式(16)第2,3項(xiàng)，可得到描寫系統(tǒng)彈性振動(dòng)的快變子系統(tǒng)方程：

(19)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)彈性振動(dòng)的主動(dòng)抑制，設(shè)計(jì)如下速度差值反饋控制器對(duì)快變子系統(tǒng)進(jìn)行控制，

(20)

式中Kf=K2/ζ，K2∈R2 × 2為正定對(duì)角陣。

將式(17，20)代入式(19)，可得

(21)

當(dāng)ζ→0時(shí)，關(guān)節(jié)等效剛度K→∞，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子與臂桿之間可視為剛性連接，系統(tǒng)等效為剛性模型；則由式(16，17)得出慢變子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程為

(22)

4.2 慢變子系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

針對(duì)慢變子系統(tǒng)，其滿足如下結(jié)構(gòu)特性。

特性1MS θ和HS θ滿足一致有界性，即有

特性3HS θ滿足互換可加性，即對(duì)于任意選取的x,y,z∈R3 × 1有

HS θ(qθ,x)y=HS θ(qθ,y)x

HS θ(qθ,z+ax)y=HS θ(qθ,z)y+aHS θ(qθ,x)y

考慮空間機(jī)器人捕獲衛(wèi)星的操作過程將產(chǎn)生有界擾動(dòng)項(xiàng)τd，則慢變子方程(22)改寫為

(23)

定義相關(guān)誤差矢量為

(24)

式中qθ d為系統(tǒng)期望位置。

定義滑模切換函數(shù)：

(25)

式中λ=diag(λ1,λ2,λ3)(λ1，λ2，λ3>0)。

針對(duì)慢變子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)如下形式控制器，

(26)

定義系統(tǒng)輸出為y=s

選取Lyapunov函數(shù)

(27)

對(duì)式(27)進(jìn)行求導(dǎo)，得到

(28)

將u+τd視為輸入，則該系統(tǒng)滿足傳統(tǒng)無源性控制理論，因而輸入u+τd到輸出y是無源的。

考慮在實(shí)際控制中，速度信號(hào)因?yàn)樵肼暩蓴_等原因無法精確獲得，因而針對(duì)式(26)中速度信號(hào)，可設(shè)計(jì)如下速度觀測(cè)器對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)估計(jì)，

(29)

(30)

式中λ0為正定對(duì)稱陣。對(duì)式(29)進(jìn)行如下假設(shè)。

Kd,Kp 1和Kp 2為對(duì)稱正定陣，且滿足

Kd=kdI+λ0，Kp 2=kdλ0

(31)

(32)

結(jié)合式(29)的速度觀測(cè)器，控制器可重設(shè)為

(33)

聯(lián)立式(22)及所設(shè)計(jì)速度觀測(cè)器式(29)，可有

(34)

(t≥0)

(35)

式中Km=min.{Mθ m,Kp 1 m}，KM=min.{Mθ M,Kp 1M}，Kp 1 m和Kp 1M分別表征Kp 1的最小及最大特征值。

證明定義如下形式Lyapunov函數(shù)

(36)

對(duì)式(36)求導(dǎo)，可得

(37)

根據(jù)特性1和特性3及假設(shè)2，式(37)滿足

(38)

根據(jù)設(shè)計(jì)的Lyapunov函數(shù)(36)，其滿足

(39)

如果存在如下條件，

(40)

將式(40)代入式(38)，則存在γ>0，滿足

(41)

由式(33)所設(shè)計(jì)控制器可知，為實(shí)現(xiàn)對(duì)捕獲產(chǎn)生擾動(dòng)下的穩(wěn)定控制，采用滑模變結(jié)構(gòu)控制項(xiàng)u以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擾動(dòng)項(xiàng)的補(bǔ)償，其設(shè)計(jì)為

u=-dsgn(s)

(42)

控制器(34)可改寫為

(43)

dZ 0(s)+dN Z(s)=1

(44)

所設(shè)計(jì)模糊控制器，將實(shí)現(xiàn)以s為輸入，dN Z為輸出。設(shè)定三個(gè)模糊規(guī)則語言詞集分別為{P,Z,N}={正,零,負(fù)}，每個(gè)模糊語言對(duì)應(yīng)相應(yīng)的隸屬函數(shù)，輸入輸出隸屬度函數(shù)如圖3所示。同時(shí)，設(shè)計(jì)如下模糊推理規(guī)則

IF(sis N)then(dN Zis P)

IF(sis Z)then(dN Zis Z)

IF(sis P)then(dN Zis P)

由于在模糊推理中采用了Mamdani的最大最小合成法，因此采用面積重心法進(jìn)行去模糊化處理。根據(jù)所設(shè)計(jì)控制器(43)，并結(jié)合適時(shí)開啟和關(guān)閉關(guān)節(jié)電機(jī)策略，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的避撞柔順控制。

5 仿真算例

5.1 捕獲碰撞過程RSEA抗沖擊性能模擬

K=2Km(3R2+r2)(2cos2φ-1)

(45)

式中Km=diag(k1m,k2m),R=0.1 m,r=0.01 m，φ為空間機(jī)械臂末端施加F=[20 N·m,20 N·m,0]T的載荷時(shí)掃臂的轉(zhuǎn)角，仿真時(shí)選取φ=diag(3°,2°)。

為了驗(yàn)證RSEA裝置在捕獲碰撞過程的抗沖擊性能，采用空間機(jī)器人對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行捕獲碰撞模擬，并計(jì)算關(guān)節(jié)所受沖擊力矩，結(jié)果列入表1。

圖3 輸入輸出隸屬度函數(shù)

Fig.3 Membership function of input and output

表1 衛(wèi)星不同初速度下RSEA的抗沖擊性能模擬

Tab.1 RSEA impact resistance in different spacecraft initial velocities

衛(wèi)星速度關(guān)節(jié)1所受沖擊力矩關(guān)節(jié)2所受沖擊力矩關(guān)節(jié)沖擊力矩最大降低百分比[0.5,0.5,0]T[390.1,134.6]T[87.1,74.9]T65.5%[0,0.5,1]T[216.5,82.9]T[62.3,55.9]T61.7%[0.5,0.5,1]T[459.2,109.0]T[80.2,42.8]T76.3%

表1中，衛(wèi)星速度前兩項(xiàng)為線速度，單位為 m/s，第三項(xiàng)為角速度，單位為rad/s；關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2所受沖擊力矩前后項(xiàng)分別為未配置與配置RSEA裝置時(shí)，關(guān)節(jié)所受沖擊力矩，其單位為 N·m。由表1可知，針對(duì)不同初速度衛(wèi)星的捕獲操作試驗(yàn)，配置RSEA裝置較未配置RSEA裝置，都能有效減小空間機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)所受碰撞沖擊力矩，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)的保護(hù)。

5.2 捕獲后鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)過程避撞柔順控制性能模擬

圖4為采用RSEA裝置，但不開啟適時(shí)開關(guān)機(jī)策略時(shí)的鎮(zhèn)定控制情況。假設(shè)空間機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)所能承受沖擊力矩閥值為70 N·m，由表1可知，此時(shí)關(guān)節(jié)所受沖擊力矩雖小于未配置柔順裝置時(shí)的沖擊力矩，但仍超過關(guān)節(jié)電機(jī)所能承受的極限。圖5 為采用RSEA裝置，并結(jié)合適時(shí)開關(guān)機(jī)的避撞柔順策略的鎮(zhèn)定控制情況，所選取關(guān)機(jī)閥值為48 N·m，開機(jī)閥值為6 N·m；通過對(duì)比圖4和 圖5 可以看出，此時(shí)關(guān)節(jié)所受沖擊力矩限定在安全范圍，實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)的保護(hù)。圖6為關(guān)節(jié)電機(jī)開關(guān)機(jī)情況。

圖4 未開啟開關(guān)機(jī)策略關(guān)節(jié)所受沖擊力矩

Fig.4 Joint impact torque without switching strategy

圖5 開啟開關(guān)機(jī)策略關(guān)節(jié)所受沖擊力矩

Fig.5 Joint impact torque with switching strategy

圖7為采用上述避撞柔順控制策略時(shí)，載體姿態(tài)及關(guān)節(jié)軌跡鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)情況?？梢钥闯觯_啟模糊控制較關(guān)閉模糊控制，可有效地消除抖振現(xiàn)象，且開啟模糊控制的軌跡跟蹤精度高于關(guān)閉時(shí)，進(jìn)而保證了軌跡的精確跟蹤。

圖8為關(guān)閉所設(shè)計(jì)快變子控制器時(shí)，所得的軌跡跟蹤情況。此時(shí)，因配置RSEA裝置導(dǎo)致的關(guān)節(jié)柔性未得到抑制，關(guān)節(jié)產(chǎn)生彈性振動(dòng)導(dǎo)致鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)。對(duì)比圖7和圖8可以看出，所提快變子控制律可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)彈性振動(dòng)的主動(dòng)抑制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)捕獲后鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定控制。

圖6 開關(guān)機(jī)信號(hào)

Fig.6 Switch signal of joint motor

圖7 鎮(zhèn)定控制軌跡跟蹤情況

Fig.7 Trajectory tracking of calm control

圖8 鎮(zhèn)定控制關(guān)閉快變子控制器軌跡跟蹤情況

Fig.8 Trajectory tracking of calm control without fast controller

6 結(jié) 論

考慮空間機(jī)器人捕獲操作的捕獲階段及鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)階段，其機(jī)械臂關(guān)節(jié)處會(huì)受到巨大的沖擊力矩的影響，為了保護(hù)捕獲碰撞過程避免沖擊力矩對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)造成破壞，本文設(shè)計(jì)了一種配置RSEA裝置的空間機(jī)器人，并提出了一種與之配合的避撞柔順控制策略。通過仿真試驗(yàn)可知，配置RSEA裝置的空間機(jī)器人在捕獲碰撞階段最大可減小 76.3% 關(guān)節(jié)所受碰撞沖擊力矩，最小也能減小 61.7% 關(guān)節(jié)所受碰撞沖擊力矩，具有良好的抗沖擊性能。而在鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)階段，所提避撞柔順模糊滑?？刂撇呗源_保了關(guān)節(jié)所受力矩限定在安全閥值內(nèi)，保護(hù)關(guān)節(jié)電機(jī)不受沖擊力矩破壞，并實(shí)現(xiàn)了捕獲后混合體系統(tǒng)的鎮(zhèn)定控制與軌跡的精確跟蹤。