擬人機(jī)器人參數(shù)化逆運(yùn)動(dòng)學(xué)及在軌裝配的協(xié)調(diào)規(guī)劃研究.pdf

1、人類(lèi)在進(jìn)行空間資源探索和利用的同時(shí)，也產(chǎn)生了越來(lái)越多的空間在軌裝配及維修任務(wù)。為保證航天員的生命安全，降低出艙危險(xiǎn)，采用空間智能操控設(shè)備輔助甚至代替宇航員完成上述任務(wù)變得尤為重要。傳統(tǒng)單個(gè)機(jī)械臂難以完成復(fù)雜多樣的任務(wù)，擬人雙臂機(jī)器人則因?yàn)殪`活可靠得到了越來(lái)越多的關(guān)注。本文針對(duì)雙臂機(jī)器人執(zhí)行裝配作業(yè)的需求，開(kāi)展了冗余機(jī)械臂的參數(shù)化逆運(yùn)動(dòng)學(xué)、協(xié)調(diào)規(guī)劃及阻抗控制的研究。
　　根據(jù)在軌任務(wù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了執(zhí)行裝配作業(yè)的機(jī)械臂阻抗控制算法，并

2、用已有6DOF機(jī)械臂樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。該算法將末端與環(huán)境的接觸力和力矩轉(zhuǎn)換為末端位置和姿態(tài)的補(bǔ)償量，在不改變?cè)锌刂企w系的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了末端力柔順控制目標(biāo)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)還表明，6DOF機(jī)械臂的靈活性有限，無(wú)法進(jìn)行操作性能的進(jìn)一步優(yōu)化。因此，在實(shí)現(xiàn)6DOF裝配算法的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了7DOF機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和雙臂協(xié)調(diào)裝配的研究。
　　針對(duì)所設(shè)計(jì)的7DOF擬人機(jī)械臂構(gòu)型，提出了基于雙臂型角參數(shù)化的解析逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法。在采用臂型角參數(shù)化冗

3、余自運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)兩個(gè)正交向量定義兩個(gè)絕對(duì)參考面，得到滿(mǎn)足特定關(guān)系的雙臂型角，回避了算法奇異。通過(guò)分析雙臂協(xié)調(diào)操作時(shí)形成的閉鏈特性，推導(dǎo)了位置級(jí)、速度級(jí)、加速度級(jí)以及內(nèi)力級(jí)的約束方程，提出了不同層級(jí)的雙臂協(xié)調(diào)規(guī)劃方法，通過(guò)ADAMS對(duì)目標(biāo)搬運(yùn)過(guò)程進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了方法的有效性。
　　論文還分析了雙臂機(jī)器人對(duì)大型柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配的振動(dòng)特性，提出了減小振動(dòng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃策略。仿真分析表明，柔性載荷的振動(dòng)主要與加速度的大小有關(guān)，通過(guò)選擇始