面向目標(biāo)獲取的空間機(jī)器人模糊控制的研究及實(shí)現(xiàn).pdf

1、自由飛行空間機(jī)器人由基座(航天器)和搭載于基座上的機(jī)械臂組成，可以輔助或者代替宇航員進(jìn)行空間艙內(nèi)和艙外任務(wù)，如衛(wèi)星的釋放、捕捉與維修，大量的空間加工，空間生產(chǎn)，空間裝配，空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間維修等需要獲取目標(biāo)的工作，這就對(duì)空間機(jī)器人的機(jī)械臂控制和基座的位姿調(diào)整提出了很高的要求。本文以自由飛行空間機(jī)器人目標(biāo)獲取任務(wù)為背景，研究了空間機(jī)器人機(jī)械臂的遙操作雙邊控制和基座位姿調(diào)整控制問題，在模糊邏輯的統(tǒng)一框架下設(shè)計(jì)了機(jī)械臂模糊雙邊控制器和位姿調(diào)整

2、模糊PD控制器，并在此基礎(chǔ)上提出了基于分布估計(jì)算法的模糊控制器參數(shù)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過了MATLAB仿真和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測試，驗(yàn)證了此方法在機(jī)械臂控制效果上具有良好的表現(xiàn)。此外，本文還研制了自由飛行空間機(jī)器人地面仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
　　 (1)首先綜述了空間機(jī)器人地面模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究背景和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，比較了各國基于不同設(shè)計(jì)原理的地面模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)，又根據(jù)本文面向目標(biāo)獲取實(shí)驗(yàn)的任務(wù)特點(diǎn)，最后選用了氣浮式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為空間機(jī)器人的

3、研究平臺(tái)。
　　 (2)針對(duì)空間機(jī)器人機(jī)械臂控制的遙操作理論進(jìn)行了分析，比較了預(yù)測控制、遙編程控制和雙邊控制3種控制策略的利弊。為了能達(dá)到良好的穩(wěn)定性和跟蹤性，本文設(shè)計(jì)了遙操作模糊雙邊控制器，針對(duì)模糊系統(tǒng)中隸屬函數(shù)難以確定的問題，本文提出了一種基于分布估計(jì)算法參數(shù)優(yōu)化建立隸屬函數(shù)的方法，從而完成了遙操作模糊雙邊控制器的設(shè)計(jì)，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此方法是可行的、有效的。
　　 (3)闡述了自由飛行空間機(jī)器人基座位姿調(diào)整的基本思想

4、，由于機(jī)器人工作在微重力的太空環(huán)境中，基座的漂浮運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜且難以分析的，這對(duì)于自由飛行空間機(jī)器人的空間作業(yè)也造成了不可忽視的困難。本文設(shè)計(jì)了自由飛行空間機(jī)器人位姿調(diào)整的模糊PD算法，根據(jù)接收到的實(shí)時(shí)位置信息，空間機(jī)器人可以自主地調(diào)整基座的姿態(tài)和位置來校正位姿誤差，保證目標(biāo)的穩(wěn)定獲取。然后利用開發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與傳統(tǒng)的on/off式控制器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了此方法在穩(wěn)定性、控制精度和燃料消耗上都有較好的表現(xiàn)。
　　 (4)闡述了所開

5、發(fā)的空間機(jī)器人地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和模塊化設(shè)計(jì)的總體方案，詳細(xì)描述了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)的組成和性能特點(diǎn)，包括PC104控制子系統(tǒng)、機(jī)械臂控制子系統(tǒng)、機(jī)械爪控制子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)以及平臺(tái)等其它附屬設(shè)備。
　　 (5)分析研究了空間機(jī)器人目標(biāo)獲取任務(wù)的整體算法設(shè)計(jì)，主要包括有機(jī)械臂的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、基座的位姿調(diào)整算法、機(jī)械爪的開合控制和數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)龋?duì)主要程序和相關(guān)軟件環(huán)境進(jìn)行了說明。
　　 最后，對(duì)已開展的工