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（Nn1+n2+nk）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。如果和分别是RS卫星姿态角矢量和空间机械手接点角矢量，它们分别为3-D和N-D矢量。卫星姿态的极小改变可以表示为机械手极小运动的函数桥式起重机小车运行机构设计3G()(1)此处，G是一个3N的扰动灵敏度矩阵。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。如果的变化量使卫星姿态的变化量为，在公式（1）的数值积分将给出一个新的公式：F(,)(2)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i，i=1，2，,N。当机械手的基础固定时，矢量=（1，2,N）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，人造卫星姿态角矢量。用=(1,2)和=(1,2)和表示两个机械手的接点角矢量。这里=(,)，RS模型的相对位置由(,1,2,1,2)来确定，其中1,2,1,2的值可以相互独立。任何接点的运动都会影响的值：=F(,)。其中，F为公式（2）定义的函数。（或）的变化会影响卫星的姿态以及卫星姿态矢量的变化，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i平均地分成Ni个点，如下公式（4）所示：(i,j)i（i”i）j/（Ni1）i1,2,3,4.j0，1，Ni1ii,i”(4)因此，机械手的角矢量（1，2，3，4）量化为N1N2N3N4点。定义这些点为参考节点（C-节点），并记C-节点