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外文翻译--自动机械卫星(RS)双机械手协调运动的规划设计 中文版.doc

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外文翻译--自动机械卫星(RS)双机械手协调运动的规划设计 中文版.doc

桥式起重机小车运行机构设计1译文摘要本文提出了自动机械卫星(RS)双机械手协调运动的规划设计。基于微重力环境下RS运动特性的分析,两个机械手分为主机械手和从机械手。接着介绍了双机械手RS协调运动的四种模式稳定功能、平衡功能、调整功能和协作运转。还介绍了双机械手的运动规划算法。最后,给出了微重力环境下,RS俘获目标实验模型的四种协调运动的计算机仿真结果。仿真试验显示本文所提出的运动模型和规划算法是非常有效的。关键词自动机械卫星、运动规划、双机械手协调运动、构位空间、微重力环境0介绍随着空间技术的发展,诸如构造和修理人造卫星和航天飞机等的航天员舱外活动越来越多。但是,航天员舱外活动非常危险并且费用昂贵,因此使用空间机器人来代替宇航员的需要变得日益急迫。这种机器人可以在太空中自由飞行,因此命名为自由飞行空间机器人。自动机械卫星就是自由飞行空间机器人的非常重要的一类,它由人造卫星和安装在人造卫星上的机械手组成。空间机器人需要多机械手来在微重力环境下进行复杂的操作,双机械桥式起重机小车运行机构设计2手RS是多机械手系统中重要的一员,并且双机械手的研究是多机械手研究的基础。为了增加机械手的功能并降低它们之间的意外干扰,应该研究RS多机械手的协调运动。多机械手的协调运动包括协调任务、协调动作和协调控制。尽管在1,2中提出了有关多机械手RS的动力学和协调控制,但是多机械手RS协调运动规划的相关研究还是非常有限。一般机器人的运动规划问题是在给定环境和任务下,寻找无碰撞自动运动路径和轨道。运动规划有多种方法,例如构位空间方法、人工位场方法和拓扑方法。由于RS在空间微重力环境中缺乏固定基础,空间机械手的运动将扰乱其基础人造卫星的位置和姿态,并改变RS机械手的工作空间。直接采取带有固定基础的地面机器人的运动规划方法,以及规划路径和轨道是非常危险的,对RS有可能是错误的。因此,对微重力环境下RS运动特性的研究是非常重要的。1微重力环境下RS的运动特性这里讨论的RS由人造卫星主体和k空间机械手组成。假设没有外力和外部扭力施加在该系统上,并且RS可以在微重力环境中自由飞行或飘浮。机械手的每一处接点都是由扭力控制器控制的旋转接点。整个系统的能量守恒。如果第j个空间机械手具有nj个旋转连接,则系统可以被看作是由N1个链接(N=n1n2nk)组成的多链接自由飞行(飘浮)系统。研究人造卫星的姿态时,要在卫星主体上建立协调系统。如果Ω和Φ分别是RS卫星姿态角矢量和空间机械手接点角矢量,它们分别为3D和ND矢量。卫星姿态的极小改变δΩ可以表示为机械手极小运动δΦ的函数桥式起重机小车运行机构设计3δΩ=GΦδΦ1此处,G是一个3N的扰动灵敏度矩阵。δΩ定义为瞬时扰动。G的奇异值分解给出了卫星最大干扰和最小干扰的方向和数量。如果Φ的变化量ΔΦ使卫星姿态的变化量为ΔΩ,在公式(1)的数值积分将给出一个新的公式ΔΩ=FΦ,ΔΦ2公式(2)表达的方程由一个不能显式表达的数值积分得到。这需要对G重复进行数值积分的大量的计算。2双机械手RS地面模型及其C空间量子化为了研究RS自主控制技术,首先建立一个RS地面试验台,通过空气轴承来模拟微重力环境。RS试验模型可以在试验台中自由地飞行。该试验模型。如图2.1所示。图2.1双机械手RS地面试验模型桥式起重机小车运行机构设计4假设机械手有N个接点组成,且它们的角度为Φi,i1,2,,N。当机械手的基础固定时,矢量Φ(Φ1,Φ2,ΦN)组成机械手的C空间。对于微重力环境下的RS试验模型来说,需要其他一些参数来决定RS的相对位置,例如Ω,人造卫星姿态角矢量。用ΨΨ1,Ψ2和ΘΘ1,Θ2和表示两个机械手的接点角矢量。这里ΦΨ,Θ,RS模型的相对位置由Ω,Ψ1,Ψ2,Θ1,Θ2来确定,其中Ψ1,Ψ2,Θ1,Θ2的值可以相互独立。任何接点的运动都会影响Ω的值ΔΩFΨ,Θ,ΔΨ,ΔΘ。其中,F为公式(2)定义的函数。Ψ(或Θ)的变化会影响卫星的姿态以及卫星姿态矢量Ω的变化,从而导致机械手位置的变化。尽管干扰使控制问题变得复杂,但是依然有可能利用动态干扰来简化航天任务。例如,通过机械手的运动,可以将卫星姿态和另一个机械手的位置变动到需要的相对方位上。由于高维和复杂的动态控制问题,RS相对位置之间的关系很难用显式表达。本文提出了C空间量子化方法,即将每个接点角Φi平均地分成Ni个点,如下公式(4)所示Φi,j=Φi+(Φi-Φi)j/(Ni-1)i=1,2,3,4.j=0,1,,Ni-1Φi∈Φi,Φi4因此,机械手的角矢量(Φ1,Φ2,Φ3,Φ4)量化为N1N2N3N4点。定义这些点为参考节点(C节点),并记C节点为(a1,a2,a3,a4),ai∈1,Ni,其中,ai为正整数,i1,2,3,4。对Ω也进行同样的过程。所有的C节点及任意两个相邻节点的链接组成了RS量子化C空间中的一个参考节点网络CNN。

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