自由飛行空間機器人路徑規(guī)劃算法的研究.pdf

1、自由飛行空間機器人FFSR(Free-FlyingSpaceRobot)，又叫機器人衛(wèi)星RS(RobotSatellite)或空間機械臂(SpaceManipulator)，由衛(wèi)星本體和其上搭載的機械臂組成。自由飛行空間機器人可以在宇宙空間自由浮游和飛行，代替宇航員執(zhí)行維修或更換零部件等艙外作業(yè)。與航天飛機相比，由于它具有小型、靈活、價格便宜等特點而受到越來越多的關注。目前，自由飛行空間機器人系統(tǒng)的研究已經成為國際上自動化領域的一個研究

2、熱點，但自由飛行空間機器人的很多技術問題仍有待進一步解決。因此，對自由飛行空間機器人的關鍵技術的研究不論在理論上還是在實踐上都具有十分重大的意義。 空間機器人捕捉目標時，首先要進入目標衛(wèi)星的同一平面軌道，并接近目標。在確定了FFSR的會合點之后，使機器人采用適當的算法，要求空間機器人既要節(jié)省燃料和時間，又要安全地避開障礙物達到匯合點，尋找價值消耗最低的路徑，這就是FFSR飛行路徑的選擇問題。本文利用改進型蟻群算法使FFSR尋找路

3、徑過程迅速收斂，計算機仿真表明這種控制方法可以使FFSR很好地搜尋最優(yōu)路徑。本文中還研究了蟻群算法在Hopfield神經網絡中的應用，利用蟻群算法訓練Hopfield神經網絡參數，可以提高訓練速度，減少收斂到局部極值點的幾率，基于蟻群算法的Hopfield神經網絡用于多空間站訪問問題時優(yōu)于Hopfield神經網絡。 空間機器人工作在惡劣的太空環(huán)境中，除了已知的控制作用以外，經常有一些外界的雜散信號對系統(tǒng)起作用。空間機器人在控制過

4、程中，由于環(huán)境等條件的改變而受到隨機信號的影響。因此，在設計控制系統(tǒng)時，除了要考慮控制作用外，還必須考慮噪聲的影響，通過設計適當的控制器，抑制或濾掉噪聲對系統(tǒng)的影響。本文中將噪聲假設為能量有限信號，設計了FFSR末端效應器的H∞控制器，有效地抑制了噪聲的影響。 空間機器人是一個多輸入多輸出、強非線性、高耦合和含有許多變參數的復雜控制系統(tǒng)。因此按照常規(guī)的控制方法來設計控制系統(tǒng)不能得到理想效果，必須考慮機器人建模時忽略的不確定因素進

5、行分析和研究，以提高機器人的工作性能。本文根據空間機器人的控制要求，提出了改進的保成本控制算法。利用該控制方法，即使在不能得到精確動力學方程的情況下也能進行FFSR末端效應器控制，該算法比以往的保性能控制算法的保守性低。 在實際空間機器人系統(tǒng)中，系統(tǒng)的某些狀態(tài)變量不易直接測量，從而使狀態(tài)反饋在物理實現上成為不可能。因而，一個很重要的問題就是如何構造系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器，從而用觀測器輸出的狀態(tài)代替實際系統(tǒng)的狀態(tài)進行反饋控制。本文推導出