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1、碩士學(xué)位論文自由漂浮空間機器人軌跡規(guī)劃及軌跡跟蹤研究RESEARCHONTRAJECTORYPLANNINGANDTRAJECTORYTRACKINGOFFREE-FLOATINGSPACEROBOT邵翔宇哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號：TP273.2學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.3密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文自由漂浮空間機器人軌跡規(guī)劃及軌跡跟蹤研究碩士研究生：邵翔宇導(dǎo)師：LeopoldoGarciaFranquelo申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：控制科學(xué)與工程所在單位：航天學(xué)院答辯日期
2、：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TP273.2U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONTRAJECTORYPLANNINGANDTRAJECTORYTRACKINGOFFREE-FLOATINGSPACEROBOTCandidate：ShaoXiangYuSupervisor：Prof.LeopoldoGarciaFranqueloAcademicDegreeApplie
3、dfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著人類對太空探索的日漸深入，所需執(zhí)行的外太空空間任務(wù)變得更加復(fù)雜多樣。在完成這些空間任務(wù)的過程中，將空間機器人適當應(yīng)用在一些
4、任務(wù)場合來代替宇航工作者，一方面可以顯著的減少宇航員在未知空間環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的危險，保護宇航員的生命安全；另一方面，合理的利用空間機器人協(xié)助完成任務(wù)可以很大程度上提高執(zhí)行任務(wù)的效率和任務(wù)完成的質(zhì)量。因此隨著今后航天事業(yè)的發(fā)展，空間機器人在降低太空設(shè)備維護成本，保障宇航工作者生命財產(chǎn)安全，推進航天技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程中扮演著越來越重要的角色。自由漂浮空間機器人是一種特殊類型的空間作業(yè)機器人，相比于固定基座機器人，其顯著特點在于基座的欠驅(qū)動和低抗擾性，即在運動過程中，該類機器人基座沒有驅(qū)動力的作用，處于一種自由懸浮
5、的狀態(tài)并受到系統(tǒng)整體運動的干擾。這種特性使得其在運動過程中，無法對基座的位姿進行有效控制，進而影響末端執(zhí)行器的定位精度?；谝陨峡紤]，本文將對自由漂浮空間機器人進行關(guān)節(jié)空間內(nèi)軌跡規(guī)劃并設(shè)計控制器完成對所規(guī)劃軌跡的跟蹤。本文首先研究了自由漂浮空間機器人的剛體動力學(xué)模型。為完成動力學(xué)模型的建立，利用自由漂浮空間機器人動量和角動量守恒的特性推導(dǎo)出各個連桿質(zhì)心的速度、角速度和相應(yīng)的關(guān)節(jié)角度之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)能量的求解并利用拉格朗日方程完成了動力學(xué)模型的建立。然后本文將偽譜法應(yīng)用到求解自由漂浮空間機器
6、人關(guān)節(jié)空間內(nèi)軌跡規(guī)劃的問題中。偽譜法是求解最優(yōu)控制問題的一種數(shù)值計算方法，可以顯著提高求解軌跡規(guī)劃問題時的計算速度。根據(jù)離散節(jié)點選取的不同，本文分別用Gauss偽譜法和自適應(yīng)Radau偽譜法來求解軌跡規(guī)劃問題，并對自適應(yīng)Radau偽譜法的計算誤差進行了分析。最后本文利用滑模控制理論設(shè)計了終端滑?？刂破鳎瑢λ?guī)劃的軌跡進行跟蹤。在進行控制器設(shè)計時，本文利用Lyapunov方法完成了所設(shè)計系統(tǒng)穩(wěn)定性的證明，并通過仿真實驗驗證了所設(shè)計控制器對自由漂浮空間機器人軌跡跟蹤問題的控制效果。關(guān)鍵詞：自由漂浮空間機器人；
7、軌跡規(guī)劃；Gauss偽譜法；自適應(yīng)Radau偽譜法；終端滑?？刂?；-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractWiththedeepeningofhumanexplorationforspace,theouterspacemissionneededtobeperformedhavebecomemorecomplexanddiverse.Usingspacerobotinsteadofaerospaceworkersinsomespacetaskscansignificantlyreducether
8、iskofastronautsworkinginunknownenvironmentandprotecttheirlifesafety.Also,thereasonableuseofspacerobotcangreatlyimprovetheefficiencyandqualityofthetasks.Therefore,withthedevelopmentofaerospaceindustry,spacerobotwillp
