機器人宇航員全身協(xié)調(diào)運動規(guī)劃及雙臂柔順控制研究.pdf

1、隨著空間技術(shù)的飛速發(fā)展，宇宙探索的不斷深入，人類對地球以外的宇宙環(huán)境有了更深層的認(rèn)識。機器人技術(shù)的發(fā)展和空間應(yīng)用，彰顯了機器人在未來宇宙探索中的巨大潛力，尤其是像人一樣具有靈活操作能力的類人機器人（本文稱為機器人宇航員），具有高靈活性和運動協(xié)調(diào)性，可以輔助人類宇航員完成空間站內(nèi)外的設(shè)備維護和科學(xué)實驗，降低出艙風(fēng)險；星體探索時，其具有更好的運動和環(huán)境適應(yīng)能力。本文針對機器人宇航員在空間站和星體探索中的工作任務(wù)特點，開展全身協(xié)調(diào)運動的軌跡規(guī)

2、劃和雙臂作業(yè)過程中柔順控制方法的研究。
　　根據(jù)機器人宇航員的結(jié)構(gòu)尺寸和自由度配置，建立了整體系統(tǒng)的運動學(xué)模型，基于系統(tǒng)各部分耦合關(guān)系，組建了右腿-腰-右臂運動鏈、右腿-腰-左臂運動鏈和左腿從動鏈。將位置級運動學(xué)與速度級運動學(xué)相結(jié)合，提出了微重力環(huán)境下整體式和分步式全身協(xié)調(diào)的運動規(guī)劃策略。為避免關(guān)節(jié)角度運動到極限位置，通過梯度投影法進行關(guān)節(jié)空間優(yōu)化，實現(xiàn)了各關(guān)節(jié)的避極限位置控制，并利用靈活性指標(biāo)分析了避關(guān)節(jié)極限控制對機器人雙臂靈活

3、性的影響。依據(jù)雙臂的主從關(guān)系利用最速下降法和歐拉-軸角法規(guī)劃雙臂末端的運動軌跡，通過典型工況的仿真，驗證了策略的有效性。
　　對于機器人宇航員在行星表面應(yīng)用的情況，需要考慮引力下的平衡問題。本文研究了引力環(huán)境下機器人宇航員保持平衡穩(wěn)定的條件，提出了利用機器人的COM(Center of Mass)位置間接調(diào)整控制ZMP(Zero Moment Point)位置的方法，達到機器人保持平衡穩(wěn)定的目的。針對雙臂進行作業(yè)時的運動協(xié)調(diào)及內(nèi)力