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空间柔性双臂机器人系统建模、控制与仿真研究

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V01．15No．8

!￡；!!!!

系统仿真学报

垒

：!!：!：

!竺坚墨垒垒曼窒圣!兰!!曼坠!!坠坚兰竺!竺些

空间柔性双臂机器人系统建模、控制与仿真研究

苏文敬，吴立成，孙富春，孙增圻

(清华大学计算机科学与技术系+智能技术与系统国家重点实验室，北京100084；

中国科学院沈阳自动化研究所机器人学币点实验室．沈阳1100151

摘要：空间柔性多臂机器人系统是高度非线性，强耦合的动力学系统，其动力学的研究是比较复杂

和困难的问题本文针对极为复杂的空间柔性双臂机器人系统，建立了其系统动力学模型，利用逆动

力学控制算法对

了在仿真过程中出现的有关数值算法的问

关键词：空间柔性双臂机器人；动力学建模：逆动力学控制；数值仿真

中图分类号：TP24

该动力学模型实现了轨迹跟踪控制，仿真结果表明该方法具有较好的控制效果，分析

题

文章编号：1004— 731X(2003)08— 1098，03

文献标识码：A

for

and Simulation

Flexible Dual-Arm

Robot

Dynamics Modeling,Control

Space

Wen-jing，WULi-cheng,SUNFu— chun，SUNZeng-qi

(stateKey LaboratoryofIntelligentTechnology andSystenE，D印“呦tofComputeTScience

andTeeboology,"rsi嘞mUniversity,Beijin9100084，China；

RoboticsLab．ShenyangInstitute ofAutomation,ChineseAcademyofScience，Shenyan9110015，Chin曲

Abstract：As

nonlinear and

Muhi— Ann

Robot

difncult

very

fFMASR)is

highly

coupled dynamic system．Flexible

of of FMAsR is

derived．and the

type

Space

In this

model and control

can be

are

paper,the dynamics

control

trajectory tracking

via

stable inversion

Furthermore．∞me nRraerical

are

performed

dynamic

stiffproblem Finally,some

Dual— Arm

approach

computation prohlems

to avoid the

simulation results

investigated

given．

Keywords：Flexible

Robot；dynamic

aynamic control；simulation

modeling；inversion

Space

如图1所示空间柔性双臂机器人系统由圆柱形基座和

两个对称的双杆机械臂构成，分别简称为杆1(即基座)，杆

2，杆3和杆4，杆5，其中杆3和杆5为柔性杆杆长分别为￡，

i=l⋯ 2，5，其中，，取为基座的半径。令∑，表示坐标系

再D∥。，i l⋯ 2⋯ 5则∑o为惯性坐标系，∑。分别为固接于

引言

空间机器人能代替人类在宇宙空间完成操作任务，这方

面一直是国内外广泛关注的热点，并已取得了大量成果【l，”，

例如}i本于1997年发射的ETS．ⅥI在太空已完成了目标

星的追踪和捕捉等一系列实验瞄】。但空间机器人一般具有质

量轻、手臂长和负载大等特点，必须考虑臂杆柔性的影响才

能获得良好的控制精度和性能。目前已有许多文献研究了空

卫

杆i的坐标系。各杆均有一个关节转角自由度拐，所受关节

动力矩为M，i=1⋯ 2．．，5．杆1还有两个平移自由度，表示为

0l点的位置坐标Xl，Yl，对应的驱动力分别为工和工各关

驱

间柔性单臂机器人的建模与控制等问题13A,5】．而对空间柔性

节均只在X-Y平面内运动，柔性连杆视为Eular— Bernoulli

多臂机器人系统的研究尚不多见。

梁，其弹性变形基于假设模态法描述为：

．，

本文针对空间柔性双臂机器人系统，基于连杆振型模

态展开的思想，采用拉格朗日方法建立了动力学模型，并采

““=∑卿(x)的(f)=舞(x)9(f)“2^’

用了非线性补偿结合PD反馈的逆动力学控制方法实现轨迹

跟踪控制。由于空间柔性一机器人系统的动力学方程是典型

的病态(sti∞方程(又称刚性方程)，在数值仿真时数值算法及

其参数的选取对仿真系统的数值稳定性和精确性影响很大，

本文还就仿真过程中出现的有关数值算法问题作了讨论。

1动力学建模

收稿日期：2002— 104)8

●回日期：2002-12— 15

基金项目：国家自然科学基金(60084002，60174018)；国家高技术研究发

展计划(863— 704-2．18)：全国优秀博士学位论文作者专项基金(200001)．

中国博士后科学摹金和中国科学院沈阳自动化研究所机器人学荤点实

验室基金(RL200001)。

作者倚舟：苏文教(1977．)，女，北京人，研究生，研究方向为空间柔性

图i空间柔性双臂机器人系统坐标示意图

机器人的控制，仿真。

万方数据

全部评论(1)

2019-11-04 18:23:42xah18

非常好的资料，谢谢了！

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