旋翼飛行機器人操作臂系統(tǒng)設(shè)計、建模與控制.pdf

1、由于旋翼飛行機器人具有定點懸停、低速低空、垂直起降等其他飛行器所不具備的飛行特點，經(jīng)過近十多年的發(fā)展，旋翼飛行機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于偵查、巡邏等領(lǐng)域，但這些作業(yè)主要是對環(huán)境的觀察與感知。通過將飛行機器人與操作臂結(jié)合所形成的飛行操作臂是最近新提出的一種設(shè)計概念，飛行操作臂能夠?qū)⑷说氖謳У娇罩幸酝瓿稍S多其他機器人所無法完成的作業(yè)任務(wù)，進而拓展其原有應(yīng)用范圍。飛行操作臂特別適用于在人類難以到達的惡劣環(huán)境進行遙控或者自主作業(yè)。本文以輸電線路維護與

2、檢修所必須的輸電線纜割斷為著眼點，期望以通過飛行操作臂的設(shè)計與實現(xiàn)來完成偏遠山區(qū)輸電線路損毀時的線纜割斷操作以保證電網(wǎng)的安全的任務(wù)為背景來驗證飛行操作臂的控制方法。
　　本文首先分析了飛行操作臂系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。隨后基于載重量限制與線纜割斷要求設(shè)計了操作臂的結(jié)構(gòu)，并提出了基于液壓的操作臂驅(qū)動系統(tǒng)以保障作業(yè)過程中的安全和剪切力。通過對輸電線纜的割斷作業(yè)，驗證了該操作臂機構(gòu)的有效性。作為仿真分析與控制器設(shè)計的基礎(chǔ)，基于 D-H方法

3、建立了該操作臂的運動學(xué)模型，并基于拉格朗日方程建立了操作臂的動力學(xué)方程。在控制設(shè)計部分，為解決操作臂與飛行機器人相互耦合的問題，提出了將兩者的相互作業(yè)力/力矩分別作為擾動項納入控制器設(shè)計約束的方法，建立了基于H∞的魯棒控制器以解決擾動抑制問題以保證作業(yè)過程中的飛行安全，仿真實驗表明所提出的魯棒控制方法能夠有效地解決對兩者相互耦合作用的影響。針對作業(yè)過程中操作臂軌跡規(guī)劃的需要，建立了末端機構(gòu)到操作臂各關(guān)節(jié)的逆運動學(xué)模型并建立了對應(yīng)的軌跡規(guī)