面向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)捕獲的空間機(jī)器人軌跡規(guī)劃與碰撞問(wèn)題研究.pdf

1、自由漂浮空間機(jī)器人由于其能耗低而越來(lái)越受到研究者的重視。其中目標(biāo)捕獲在空間機(jī)器人研究領(lǐng)域作為一項(xiàng)基本操作內(nèi)容，因其應(yīng)用范圍廣而顯得尤為重要。但目前的捕獲研究主要針對(duì)固定目標(biāo)，實(shí)際中待捕獲目標(biāo)通常并非靜止的。本文重點(diǎn)研究自由漂浮空間機(jī)器人快速有效捕獲運(yùn)動(dòng)目標(biāo)操作的軌跡規(guī)劃方法，以及在捕獲過(guò)程中空間機(jī)器人末端與目標(biāo)之間的碰撞問(wèn)題，通過(guò)選擇碰撞時(shí)的機(jī)械臂臂型以及碰撞后的繼續(xù)規(guī)劃優(yōu)化了整個(gè)捕獲過(guò)程。
　　本文首先建立了自由漂浮空間機(jī)器人的

2、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了自由漂浮空間機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、基于廣義雅克比矩陣的速度級(jí)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程，簡(jiǎn)要介紹了本文的研究對(duì)象并分析其特點(diǎn)，建立其用于虛擬仿真的幾何建模模型。然后根據(jù)所建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，通過(guò)分別在關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間的規(guī)劃，完成其點(diǎn)到點(diǎn)跟蹤和直線路徑跟蹤，驗(yàn)證所建立模型的正確性，并為本文的研究提供基礎(chǔ)。
　　其次，本文著重研究了自由漂浮空間機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自主追蹤的軌跡規(guī)劃方法。對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的追蹤，要求快

3、速性與穩(wěn)定性的同時(shí)，使得追蹤過(guò)程中的軌跡規(guī)劃次數(shù)少，且可以兼顧其它指標(biāo)。本文提出了直接瞄準(zhǔn)法、連續(xù)路徑規(guī)劃追蹤法和分段標(biāo)準(zhǔn)路徑法，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況。針對(duì)計(jì)算量小的規(guī)劃方法，其跟蹤精度差的情況，通過(guò)基于卡爾曼濾波器的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)預(yù)測(cè)，使得空間機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤精度得到提高。并通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分析結(jié)果。
　　文章的最后分析了空間機(jī)器人末端操作器對(duì)目標(biāo)的捕獲過(guò)程并分析了捕獲過(guò)程中產(chǎn)生的碰撞影響，利用動(dòng)力學(xué)