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双臂空间机器人球形外包络抓捕控制
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作者 夏新会 贾英宏 张军 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第5期1673-1683,共11页
针对双臂空间机器人抓捕目标的控制问题,设计一种利用双臂球形外包络捕获运动目标的抓捕方案。为避免机械臂抓捕时推离目标,进行双臂球形外包络的结构设计,通过几何特性约束目标运动,避免目标逃逸。根据球形外包络与目标的接触碰撞条件... 针对双臂空间机器人抓捕目标的控制问题,设计一种利用双臂球形外包络捕获运动目标的抓捕方案。为避免机械臂抓捕时推离目标,进行双臂球形外包络的结构设计,通过几何特性约束目标运动,避免目标逃逸。根据球形外包络与目标的接触碰撞条件,分别建立碰撞检测模型与精确的球形外包络接触碰撞模型,利用球形外包络与目标之间的摩擦降低目标运动速度,为机械臂提供安全的抓捕环境。基于视觉伺服方法设计2部机械臂抓捕运动目标的实时期望轨迹,并基于逆动力学方法完成双臂协调抓捕控制律的设计。完成闭环控制系统仿真实验,自由漂浮双臂空间机器人对立方星目标进行球形外包络抓捕控制,仿真结果验证了所设计的球形外包络抓捕控制器的有效性。 展开更多
关键词 双臂空间机器人 球形外包络 目标抓捕 轨迹规划 碰撞检测 接触力建模
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空间飞行器智能自主控制技术现状与发展思考 被引量:22
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作者 袁利 黄煌 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2019年第4期7-18,共12页
提升空间飞行器的自主水平一直是航天领域的发展重点,新一代人工智能技术的巨大进步为其提供了新的机遇.本文对国内外空间飞行器智能自主控制技术的发展现状进行分析和总结,结合未来空间任务的发展需求,阐述空间飞行器智能自主控制的新... 提升空间飞行器的自主水平一直是航天领域的发展重点,新一代人工智能技术的巨大进步为其提供了新的机遇.本文对国内外空间飞行器智能自主控制技术的发展现状进行分析和总结,结合未来空间任务的发展需求,阐述空间飞行器智能自主控制的新特征,提出新的感知-决策-操控星上闭环结构,从智能自主角度剖析感知、决策、操控和健康管理的能力要素,并根据系统对地面的依赖程度和处理复杂任务的智能水平,提出空间智能自主控制的分级方法.针对发展空间智能自主控制技术所面临的挑战,从感知与认知、决策与规划、学习与操控、健康管理和系统体系架构五个方面给出发展建议. 展开更多
关键词 航天器 智能控制 自主控制 感知 决策 在轨操作 健康管理
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空间操作控制技术研究现状及发展趋势 被引量:17
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作者 何英姿 魏春岭 汤亮 《空间控制技术与应用》 2014年第1期1-8,共8页
对空间操作控制技术的现状进行了总结,从典型飞行任务中分析给出控制系统所需具备的四个能力:自主运行、目标重构识别、精准敏捷、联合体规划控制;并从这四个方面对未来的技术发展进行了展望.
关键词 空间操作 制导 导航 控制
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中国空间站GNC系统一体化设计与验证
4
作者 冯帅 蔡彪 +7 位作者 张录晨 张志方 尚葳蕤 徐建 宋晓光 张军 党纪红 张锦江 《宇航学报》 北大核心 2025年第4期765-774,共10页
中国空间站GNC系统按照“一体化设计、统筹研制”的途径开展设计,以实现整体最优。在设计过程中,产生了3个主要问题:三舱GNC系统深度融合问题、高容错控制器设计问题、变结构GNC系统测试问题。本文对这3个问题进行了研究:描述了3个问题... 中国空间站GNC系统按照“一体化设计、统筹研制”的途径开展设计,以实现整体最优。在设计过程中,产生了3个主要问题:三舱GNC系统深度融合问题、高容错控制器设计问题、变结构GNC系统测试问题。本文对这3个问题进行了研究:描述了3个问题的由来,给出了问题的解决方法,用地面测试及在轨飞行数据验证了方法的实际效果。结果表明:配有总线中继器、总线开关的4条穿舱1553B总线能够在各种组合体构型下将三舱GNC系统深度融合;基于拜占庭容错的四模冗余计算机实现了“两重故障下连续运行”的目标;基于FlexRay时间触发总线的测试系统保证了各舱动力学同步运行、设备同步激励,实现了变结构GNC系统的高覆盖性测试。 展开更多
关键词 中国空间站 制导、导航与控制 一体化设计 信息系统 1553B总线 冗余计算机
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航天器威胁规避智能自主控制技术研究综述 被引量:15
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作者 袁利 姜甜甜 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期229-245,共17页
当前,轨道空间日益拥挤、太空竞争不断加剧,对航天器执行既定任务时的轨道威胁自主应对能力提出了新的挑战,使得航天器智能自主控制技术迎来新的发展机遇.在调研分析了轨道威胁感知、自主决策规划、规避机动动作执行、自主控制系统架构... 当前,轨道空间日益拥挤、太空竞争不断加剧,对航天器执行既定任务时的轨道威胁自主应对能力提出了新的挑战,使得航天器智能自主控制技术迎来新的发展机遇.在调研分析了轨道威胁感知、自主决策规划、规避机动动作执行、自主控制系统架构相关研究进展的基础上,总结提出了威胁规避智能自主控制面临的主要瓶颈问题,并分析指出发展“感知-决策-执行”一体化控制是破解瓶颈难题的有效手段,最后从一体化控制系统建模、设计、分析与验证多方面,系统讨论了威胁规避智能自主控制需要重点关注的若干基础问题,为未来航天器智能自主控制的理论研究和技术发展提供启发和参考. 展开更多
关键词 轨道威胁感知 自主决策规划 “感知-决策-执行”一体化 航天器智能自主控制
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基于零和微分博弈的航天器编队通信链路故障容错控制
6
作者 任好 马亚杰 +1 位作者 姜斌 刘成瑞 《自动化学报》 北大核心 2025年第1期174-185,共12页
针对可能由不确定干扰和网络攻击引起的通信链路故障的航天器编队控制系统,提出一种基于零和微分博弈的最优容错控制方法.该方法通过构建描述编队协同控制的性能函数,将通信链路故障容错控制问题等效转换为零和微分博弈模型.采用Hamilto... 针对可能由不确定干扰和网络攻击引起的通信链路故障的航天器编队控制系统,提出一种基于零和微分博弈的最优容错控制方法.该方法通过构建描述编队协同控制的性能函数,将通信链路故障容错控制问题等效转换为零和微分博弈模型.采用Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程和极小极大原则设计博弈中的优化解,并利用自适应动态规划算法对其进行在线逼近,以获得编队的最优容错控制策略,保证航天器通信链路故障下的在轨稳定性和最优性能.仿真结果表明了本文设计的分布式最优容错控制律的有效性. 展开更多
关键词 自适应动态规划 通信链路故障 容错控制 航天器编队控制系统 零和微分博弈
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面向空间应用的两件套半球谐振陀螺仪研制及在轨验证
7
作者 王琪伟 李建朋 +3 位作者 马昆 王晶 蒋效雄 方海滨 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第7期713-721,共9页
面向未来空间应用需求,研制了小型化两件套半球谐振陀螺仪。区别于目前空间应用的三件套结构,两件套半球谐振陀螺将半球谐振器检测和激励电极合二为一,在降低体积重量的同时,有效降低了装配难度以及装配误差对陀螺精度的影响。基于力平... 面向未来空间应用需求,研制了小型化两件套半球谐振陀螺仪。区别于目前空间应用的三件套结构,两件套半球谐振陀螺将半球谐振器检测和激励电极合二为一,在降低体积重量的同时,有效降低了装配难度以及装配误差对陀螺精度的影响。基于力平衡模式的数字控制电路实现了空间应用对于陀螺仪低噪声的需要。元器件抗辐照设计技术在保证产品在轨可靠性的前提下有效降低了硬件成本。研制的小型化半球谐振陀螺仪顺利通过环境实验,实现了零偏稳定性优于0.005(°)/h、角随机游走优于0.001(°)√h、测量精度优于1.9×10^(-4)(°)/s等技术指标。产品用于控制分系统姿态测量,于2023年7月入轨服役,截至目前陀螺仪的角速度输出与遥测数据正常、产品工作状态良好,这也是目前国内可见公开报道的两件套半球谐振陀螺的首次空间应用。 展开更多
关键词 力平衡模式 两件套 半球谐振陀螺仪 空间应用
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空间多体系统轨道姿态及机械臂一体化控制 被引量:6
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作者 魏春岭 袁泉 +1 位作者 张军 王梦菲 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期252-258,共7页
针对在轨服务等新型任务对航天器快速机动能力的大幅提高,研究了卫星基座和机械臂构成的空间多体系统的轨道、姿态和机械臂的一体化控制设计问题。首先,建立了空间多体系统的动力学模型;然后,基于退步控制思想,设计了卫星基座、姿态与... 针对在轨服务等新型任务对航天器快速机动能力的大幅提高,研究了卫星基座和机械臂构成的空间多体系统的轨道、姿态和机械臂的一体化控制设计问题。首先,建立了空间多体系统的动力学模型;然后,基于退步控制思想,设计了卫星基座、姿态与机械臂一体化控制器,并证明了系统的稳定性,由于利用了空间多体系统的所有自由度,相比传统的基座停控或只控制基座姿态而轨道停轨的方法,极大地提高了系统的适应能力,可同时实现空间大范围的轨道转移、姿态机动,同时利用机械臂对目标进行精确操作控制。通过建立完整的空间多体系统仿真模型,对控制器进行仿真,达到了同时进行轨道、姿态及机械臂末端机动的控制目的,并验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 空间多体系统 机械臂 轨道控制 姿态控制 姿态轨道一体化控制
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空间机器人加注机构碰撞力建模与柔顺控制 被引量:5
9
作者 张海博 王大轶 魏春岭 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期1-9,共9页
为削弱在轨加注过程中主被动端碰撞冲击对空间机器人的影响,提出了基于力/位混合的柔顺控制律。首先通过第二类拉格朗日方程建立了漂浮基座空间机器人一般运动学模型和考虑环境接触的动力学模型。其次,设计了"杆-锥式"加注主... 为削弱在轨加注过程中主被动端碰撞冲击对空间机器人的影响,提出了基于力/位混合的柔顺控制律。首先通过第二类拉格朗日方程建立了漂浮基座空间机器人一般运动学模型和考虑环境接触的动力学模型。其次,设计了"杆-锥式"加注主被动端装置,根据主被动端的接触特点,建立了点面接触的碰撞动力学模型,并给出相应的碰撞力计算方法。接着,将加注对接问题转化为以基座为参考系的末端运动控制问题,得到了机械臂关节期望运动规律,进而设计了位置环控制律;根据加注主被动端的位置关系计算得到碰撞力,进而设计了力/力矩环控制律,结合顺应选择矩阵最终得到力/位混合控制器,以减小杆锥对接时碰撞对空间机器人基座及末端的冲击影响。最后,仿真结果表明,对接方向的位置误差由初始值降至零,对接过程碰撞产生的力不超过10N,满足末端工具冲击承载。各关节角度变化平缓,关节力矩不超过13Nm,满足机械臂关节力矩最小承载,所设计的控制器使得加注主被动端完成柔顺对接。 展开更多
关键词 在轨加注 杆-锥式模型 碰撞模型 碰撞力 力/位混合控制 空间机器人
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重力梯度测量卫星无拖曳控制技术 被引量:16
10
作者 邹奎 苟兴宇 薛大同 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第2期28-35,共8页
无拖曳控制是当前和未来若干空间任务中的一项关键技术.以重力梯度测量卫星为对象,对无拖曳控制回路进行深入剖析,包括对静电引力梯度仪、离子推力器和空间环境的模型与建模方法及无拖曳控制律设计方法的综述.借鉴GOCE卫星(gravity fiel... 无拖曳控制是当前和未来若干空间任务中的一项关键技术.以重力梯度测量卫星为对象,对无拖曳控制回路进行深入剖析,包括对静电引力梯度仪、离子推力器和空间环境的模型与建模方法及无拖曳控制律设计方法的综述.借鉴GOCE卫星(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)的成功经验并结合国内离子推力器和静电悬浮加速度计的研制现状,对未来发展我国重力梯度测量卫星无拖曳控制进行难点分析与展望. 展开更多
关键词 GOCE卫星 静电引力梯度仪 离子推力器 无拖曳控制
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我国载人航天工程交会对接控制技术发展 被引量:3
11
作者 解永春 张昊 +1 位作者 胡海霞 吴宏鑫 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2022年第6期130-138,共9页
空间交会对接技术是载人航天的一项核心关键技术,中国载人航天工程推动了我国空间交会对接技术长足发展,在载人航天30年发展历程中,我国空间交会对接技术实现了从无到有、从自动/人控到自主、从长周期到快速、从单一模式到多模式的重大... 空间交会对接技术是载人航天的一项核心关键技术,中国载人航天工程推动了我国空间交会对接技术长足发展,在载人航天30年发展历程中,我国空间交会对接技术实现了从无到有、从自动/人控到自主、从长周期到快速、从单一模式到多模式的重大技术跨越。文章论述了在我国载人航天三步走战略实施过程中交会对接控制技术的发展历程,分析后续任务的发展需求,给出了未来交会对接控制技术发展建议。 展开更多
关键词 载人航天工程 交会对接 自主快速 自动 人控 遥操作
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空间站组合体惯性系内角动量管理控制 被引量:10
12
作者 张军 马艳红 何英姿 《空间控制技术与应用》 2010年第6期1-5,共5页
针对惯性系内重力梯度力矩与气动力矩的常值部分积累引起控制力矩陀螺饱和的问题,在惯性系内建立空间站的动力学模型并进行线性化,利用滤波变量将系统状态方程扩维,采用LQR方法设计系统反馈控制增益矩阵,实现空间站在惯性系内的角动量... 针对惯性系内重力梯度力矩与气动力矩的常值部分积累引起控制力矩陀螺饱和的问题,在惯性系内建立空间站的动力学模型并进行线性化,利用滤波变量将系统状态方程扩维,采用LQR方法设计系统反馈控制增益矩阵,实现空间站在惯性系内的角动量管理控制.惯性系内重力梯度力矩、气动力矩由轨道角速度整数倍的频率成份构成,可以根据实际情况增加抑制不同频率成份的滤波变量,用于抑制不同频率成份干扰力矩对空间站姿态或控制力矩陀螺角动量的干扰,从而使空间站长期在惯性系内飞行而不需要进行角动量的卸载.仿真验证了控制器的性能. 展开更多
关键词 空间站 惯性坐标系 角动量管理 控制力矩陀螺
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航天器相对导航与控制技术的典型任务 被引量:2
13
作者 王楷 汤亮 +2 位作者 李克行 陈守磊 徐世杰 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2016年第1期7-12,19,共7页
在空间交会对接、在轨服务、近距离目标监视以及航天器编队飞行任务中,通常需要通过相对导航与控制技术对相互邻近的航天器进行控制.回顾了该领域典型的空间任务,特别关注任务、相对导航与控制方法、相对测量设备、推进系统等主要特征,... 在空间交会对接、在轨服务、近距离目标监视以及航天器编队飞行任务中,通常需要通过相对导航与控制技术对相互邻近的航天器进行控制.回顾了该领域典型的空间任务,特别关注任务、相对导航与控制方法、相对测量设备、推进系统等主要特征,并总结了该项技术的发展趋势. 展开更多
关键词 空间交会 在轨服务 航天器编队飞行 相对导航 相对运动控制
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空间机器人协调控制全物理仿真设计与验证 被引量:3
14
作者 王颖 韩冬 刘涛 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2015年第2期30-35,共6页
机械手在空间运动时,对卫星本体会产生干扰,卫星本体采用协调控制方法,减少机械手运动对本体的影响.设计基于气浮台的全物理仿真试验系统,通过气足漂浮支撑机械手和三自由度气浮台,来模拟卫星在空间微重力环境下一个平面内的协调控制运... 机械手在空间运动时,对卫星本体会产生干扰,卫星本体采用协调控制方法,减少机械手运动对本体的影响.设计基于气浮台的全物理仿真试验系统,通过气足漂浮支撑机械手和三自由度气浮台,来模拟卫星在空间微重力环境下一个平面内的协调控制运动,采用星上部件、控制器和控制软件,对协调控制进行了验证. 展开更多
关键词 空间机器人 协调控制 全物理仿真试验系统
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深空探测自主导航与控制技术综述 被引量:38
15
作者 王大轶 黄翔宇 《空间控制技术与应用》 2009年第3期6-12,43,共8页
深空探测自主导航与控制技术是深空探测任务成功实施的关键。基于开展深空探测自主导航与控制技术研究的迫切性,综合分析和评述深空探测自主导航与控制技术的研究进展,着重分析深空探测自主导航与控制的必要性和国外深空探测自主导航与... 深空探测自主导航与控制技术是深空探测任务成功实施的关键。基于开展深空探测自主导航与控制技术研究的迫切性,综合分析和评述深空探测自主导航与控制技术的研究进展,着重分析深空探测自主导航与控制的必要性和国外深空探测自主导航与控制技术的研究发展趋势,提出深空探测自主导航与控制的关键技术,根据分析,提出了发展深空探测自主导航与控制技术的建议。 展开更多
关键词 深空探测 自主导航与控制
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非合作目标追踪与相对状态保持控制技术研究 被引量:3
16
作者 苏晏 李克行 黎康 《空间控制技术与应用》 2010年第6期51-55,共5页
基于考虑J2摄动影响的改进Hill方程数学描述,将最优机动问题转化为标准线性规划问题,为在轨服务系统对非合作目标的接近过程进行路径规划,针对卫星跟踪以及悬停的特殊相对运动状态设计控制方法,实现近距离相对轨道的精确控制.最后通过... 基于考虑J2摄动影响的改进Hill方程数学描述,将最优机动问题转化为标准线性规划问题,为在轨服务系统对非合作目标的接近过程进行路径规划,针对卫星跟踪以及悬停的特殊相对运动状态设计控制方法,实现近距离相对轨道的精确控制.最后通过数学仿真验证方案的正确性和有效性. 展开更多
关键词 非合作目标 追踪 悬停 轨道控制
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包含密集模态的空间结构的模糊主动振动控制 被引量:5
17
作者 刘潇翔 胡军 《空间控制技术与应用》 2010年第4期18-24,共7页
分析和总结了典型密频系统特性及其对控制的影响.针对密频系统的模态不稳定特性及密集模态的低可控度问题,引入一定数量的压电类智能结构作为传感器和作动器,基于独立模态空间设计了针对结构包含密集模态的参数自调整模糊主动振动控制系... 分析和总结了典型密频系统特性及其对控制的影响.针对密频系统的模态不稳定特性及密集模态的低可控度问题,引入一定数量的压电类智能结构作为传感器和作动器,基于独立模态空间设计了针对结构包含密集模态的参数自调整模糊主动振动控制系统.该系统对密频系统的不确定性和溢出干扰项具有鲁棒性,且能充分利用作动器的作动能力,在作动能力有限的前提下,相比于传统控制方法可更为有效地抑制结构振动.最后以典型密频系统在轨工作时受到的两种主要激励模式为例,仿真证实了该方案的正确性和有效性. 展开更多
关键词 空间结构 密集模态 模态不稳定 模糊振动控制
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一种星载控制计算机智能容错方法 被引量:4
18
作者 龚健 杨孟飞 《空间控制技术与应用》 2008年第6期29-33,共5页
深空探测任务对星载控制计算机的智能性、环境适应性和自主性提出新的需求。介绍目前星载控制计算机容错方法的进展情况,提出可进化硬件容错这种可用于星载控制计算机容错设计的智能容错方法,给出该方法的3种实现结构,即并行结构、串行... 深空探测任务对星载控制计算机的智能性、环境适应性和自主性提出新的需求。介绍目前星载控制计算机容错方法的进展情况,提出可进化硬件容错这种可用于星载控制计算机容错设计的智能容错方法,给出该方法的3种实现结构,即并行结构、串行结构和具有故障检测功能的串行结构,并对各种结构进行分析和比较。最后,用仿真验证平台验证了串行结构的可行性和容错性。 展开更多
关键词 容错 智能 可进化硬件 星载控制计算机
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带有时滞修正的空间密频结构模糊振动控制 被引量:1
19
作者 刘潇翔 胡军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1932-1938,共7页
针对密频系统的模态不稳定特性和低可控度给主动振动控制带来的困难,阐明了模糊理论对空间密频结构控制设计及时滞修正的适用性。基于针对密频结构的参数自调整模糊振动控制系统,分析了传感器时滞对振动控制效果的影响,并就此设计了针... 针对密频系统的模态不稳定特性和低可控度给主动振动控制带来的困难,阐明了模糊理论对空间密频结构控制设计及时滞修正的适用性。基于针对密频结构的参数自调整模糊振动控制系统,分析了传感器时滞对振动控制效果的影响,并就此设计了针对密频时滞系统的难以定量化和不确定性的模糊时滞修正策略,在优化振动控制系统性能的同时,大大降低了对控制量的需求。通过对典型空间密频结构在轨受到的两种主要激励模式下的振动控制仿真,证明了理论的正确性和方法的有效性。 展开更多
关键词 空间结构 密集模态 不确定性 低可控度 模糊理论 时滞修正
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空间机器人退步控制器设计 被引量:1
20
作者 张军 胡海霞 邢琰 《空间控制技术与应用》 2009年第1期7-12,共6页
针对带任意节机械臂的空间机器人,采用退步法设计了基座姿态与机械臂受控的复合控制器。所设计的控制器以机械臂末端在工作空间中的位置和姿态、机械臂在关节空间中的关节角、关节角速度、基座姿态角和姿态角速度为反馈变量,可直接实现... 针对带任意节机械臂的空间机器人,采用退步法设计了基座姿态与机械臂受控的复合控制器。所设计的控制器以机械臂末端在工作空间中的位置和姿态、机械臂在关节空间中的关节角、关节角速度、基座姿态角和姿态角速度为反馈变量,可直接实现机械臂在工作空间的控制任务,避免了从工作空间到关节空间的运动学规划及Jacobian矩阵求导,同时,通过对基座的姿态控制能扩展机器人的功能,改善机械臂的动力学奇异特性。以某个带有6节机械臂的空间机器人为背景进行了数学仿真,验证了所设计的控制器的有效性。 展开更多
关键词 空间机器人 建模 退步控制
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