6-DOF空間機械臂運動控制方法研究.pdf

1、空間技術(shù)已經(jīng)成為一項衡量國家綜合實力的重要標準，世界各國競相發(fā)展，越來越受到人們關(guān)注。航天強國均已建設(shè)了自己的空間站，并以此為基礎(chǔ)向深空領(lǐng)域發(fā)展，我國航天“三步走”的戰(zhàn)略也正在順利實施?？臻g機械臂技術(shù)作為空間技術(shù)的一項基礎(chǔ)技術(shù)，是保障我國航天事業(yè)順利前進的基礎(chǔ)，研發(fā)出可靠實用的空間機械臂，對促進航天技術(shù)和民用技術(shù)發(fā)展都有重大意義和價值。本文依托中國航天科技集團的“小型空間機械臂原理樣機”合作科研項目，對6-DOF(Six Degrees

2、 of Freedom)空間機械臂的運動控制進行了全方位的研究，針對目前存在的兩個難點，分別提出了解決方案，并進行了驗證。
　　針對缺乏高效實用的空間機械臂運動控制軟件系統(tǒng)架構(gòu)的難題，提出一種C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)下的基于多線程和循環(huán)隊列的空間機械臂運動控制軟件架構(gòu)。架構(gòu)由 Client端與 Server端組成，分別承擔不同的功能。并以自主研發(fā)的6-DOF小型空間機械臂為平臺，詳細介紹了架構(gòu)的實現(xiàn)過程，進行了仿真

3、驗證，結(jié)果表明架構(gòu)能夠滿足實際的空間機械臂運動控制需求；同時，架構(gòu)與平臺和操作系統(tǒng)無關(guān)，不需要任何預(yù)備知識，可大大縮短開發(fā)周期和實現(xiàn)難度。
　　針對缺少經(jīng)濟有效的重力環(huán)境下大范圍柔順控制方法的難題，提出一種基于末端 F/T傳感器的重力環(huán)境下大范圍柔順控制方法。該方法基于機械臂運動學(xué)對機械臂末端重力進行實時補償，消除機械臂末端重量對末端 F/T傳感器測量值的影響，然后通過關(guān)節(jié)空間基于位置的阻抗控制策略實現(xiàn)柔順控制。為了全面介紹該方法

4、的實現(xiàn)過程，以6-DOF小型空間機械臂為例，首先采用D-H(Denavit-Hartenberg)參數(shù)法對空間機械臂進行數(shù)學(xué)建模，建立了機械臂位置級、速度級正/逆運動學(xué)方程，同時，為了解決位置級逆運動學(xué)方程多解的問題，提出一種逆運動學(xué)優(yōu)化方法，并對位置級正/逆運動學(xué)方程計算精度及逆運動學(xué)優(yōu)化方法進行了驗證；然后，以三種機械臂路徑規(guī)劃插值算法為基礎(chǔ)，分別設(shè)計和驗證了空間機械臂單節(jié)點和多節(jié)點路徑規(guī)劃方案；最后詳細介紹了基于運動學(xué)的空間機械臂