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柔性空间机器人预定义时间自适应滑模控制
2025年
针对具有典型非线性特性的多段线驱动柔性空间机器人的轨迹跟踪控制问题,提出基于预定义时间的自适应滑模控制方法.基于常曲率方法和拉格朗日法,建立多段线驱动柔性空间机器人的动力学模型.设计基于预定义时间理论的滑模控制器,利用径向基函数(RBF)神经网络补偿多段线驱动柔性空间机器人系统的建模误差和外界干扰.利用Lyapunov理论,证明轨迹跟踪误差可以在预定义时间内收敛.通过数值仿真验证了模型和控制器的有效性,与固定时间控制器和无补偿的控制器相比,所提出的控制器使系统轨迹误差具有更快的收敛速度.
刘宜成杨迦凌唐瑞程靖
关键词:柔性空间机器人径向基函数神经网络滑模控制
基于分散神经网络的柔性空间机器人奇异摄动控制方法
本发明提供了一种基于分散神经网络的柔性空间机器人奇异摄动控制方法,包括如下步骤:建立系统动力学模型;建立基于奇异摄动的系统动力学模型,包括慢变子系统动力学模型和快变子系统动力学模型,实现对柔性空间机器人系统的降阶处理;设...
雷荣华
柔性空间机器人快速终端滑模容错抑振控制
2023年
针对基座与臂杆存在柔性且执行机构发生故障的自由漂浮空间机器人系统,设计了快速终端滑模容错抑振控制器。结合线性弹簧假设、欧拉-伯努利梁理论和假设模态法提取了系统的柔性特征,利用拉格朗日方程推导出柔性基、柔性空间机器人系统的动力学模型;基于双幂次非奇异快速终端滑模为系统设计了有限时间容错控制器,采用Lyapunov函数法证明了闭环系统的稳定性;在此基础上,引入混合轨迹对容错控制器进行修正,进而构造出基于虚拟控制力的有限时间容错抑振控制器,实现对空间机器人载体姿态与关节轨迹的快速跟踪控制及基座与臂杆柔性振动的有效抑制。仿真结果表明,相较于无容错机制的计算力矩抑振控制算法,所设计算法的轨迹跟踪误差收敛速度提升了68.75%,弹性基座的振幅减小了78%,限定在1.1×10^(-4)m之内。
雷荣华付晓东陈力
关键词:柔性空间机器人容错控制
基于递归Gibbs-Appell的柔性空间机器人建模与特性分析被引量:2
2023年
利用递归Gibbs-Appell方法研究了多重柔性空间机器人动力学建模与特性分析。首先,根据Timoshenko beam theory与集中刚度分别对连杆与关节进行柔性描述,其次,利用旋转矩阵R_(3×3)与平移向量L_(1×3)的简化了齐次变换矩阵T_(4×4)以降低递推运动学难度,利用递归Gibbs函数与势能函数推导了柔性空间机器人的逆向动力学模型,再次,利用反向递归法获取了惯量矩阵与耦合矩阵,并构建了正向动力学模型。最后数值仿真结果表明,Matlab与Adams的仿真结果相对偏差不超过0.1%,Z弯曲变形相对于X剪切变形与Y扭转变形数量级超过了10^(3),这验证所建模型的正确性。在一定范围内,关节刚度增加50 N·m/rad时,连杆最大变形增量不超过1.5×10^(-3)m,关节摩擦成5倍增长时,连杆最大变形增量不超过2×10^(-3)m,帆板的增量变形具有相同变化趋势。
张福礼袁朝辉
关键词:空间机器人柔性机械臂特性分析
输入受限的漂浮基多柔性空间机器人轨迹跟踪的混合控制及振动主动抑制被引量:1
2023年
空间机器人在实际运作中往往会遇到控制系统输入受限的情况,这将严重影响系统的控制品质。考虑输入受限的情况,对漂浮基多柔性空间机器人系统进行研究。通过对系统进行运动学和动力学分析,构建系统的动力学方程。采用奇异摄动方法,将刚柔耦合系统分为慢变子系统和快变子系统,并为各个子系统设计控制方法。最终提出由改进的鲁棒滑模模糊控制方法、速度差值反馈控制法和线性二次最优控制方法组成的混合控制方法。该控制方法能够主动减小空间机器人完成期望运动所需的力矩,使系统适应输入受限的工作条件;同时能够补偿系统的不确定参数和外部干扰,最终实现系统运动的精确控制和振动的主动抑制。仿真对比实验证明了在输入受限的情况下,所提出的混合控制方法的有效性和强适应性。
谢立敏于潇雁
关键词:漂浮基空间机器人运动控制
柔性空间机器人捕获卫星操作冲击动力学模拟响应分析及运动、振动一体控制
基座、臂、关节全柔性空间机器人控制精度低,柔性振动难以消除,对其进行运动、振动高性能控制具有一定的难度。而利用全柔性空间机器人捕获非合作卫星,由于速度约束、碰撞冲击的干扰,对捕获后受扰组合体进行运动、振动一体控制更具挑战...
付晓东
关键词:空间机器人
基于干扰观测器的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法被引量:14
2021年
由于强非线性、强耦合和强时变等特征,柔性空间机器人的稳定精细控制问题一直是一个重大挑战。轻质小型化机器人空间及重量限制,其关节柔性通常不可忽略,这部分柔性主要是由谐波减速器和力矩传感器的柔性造成的。传统的运动学控制在空载时能保持稳定,但是对大负载、快速运动时的适应性差,严重时机械臂抖动剧烈甚至发散。针对以上特征,提出了一种基于非线性干扰观测器和动力学极点配置的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法。仿真实验证明,该方法可以有效地抑制柔性激振,保证响应的快速性和准确性,同时有较好的鲁棒性,能够适应不同类型扰动的影响和末端环境柔顺控制的要求,对工程应用具有一定的参考意义。
刘璟龙张崇峰邹怀武李宁吴琳娜
关键词:干扰观测器柔性关节空间机器人动力学控制
柔性空间机器人基于虚拟力的输出反馈有限维重复学习控制及振动抑制被引量:1
2021年
探讨了基座、关节、臂均存在柔性情况下,空间机器人关节轨迹运动及多重柔性振动的主动控制和主动抑制问题.结合线性弹簧、扭转弹簧、简支梁及假设模态法,利用拉格朗日方程建立了基座、关节、臂全柔性影响下的空间机器人系统动力学模型,利用奇异摄动法,将模型分解为关节运动慢变子系统与关节柔性振动快变子系统.为控制慢变子系统中载体姿态、关节刚性运动并且抑制臂的柔性振动,依据虚拟控制力的概念,设计了基于有限维傅里叶级数解析周期信号的输出反馈重复学习算法.李雅普诺夫直接法证实了上述控制器的稳定性.为了抑制快变子系统中基座和关节的柔性振动,分别采用线性二次最优控制方法以及引入关节柔性补偿器间接增大关节等效刚度的方式,使控制算法不局限于求解弱非线性问题.系统数值仿真结果表明,所提出的控制器能够有效抑制机器人多重柔性构件的振动,实现对期望信号的高品质追踪.
付晓东陈力
关键词:柔性臂空间机器人
柔性空间机器人动力学建模及振动控制研究
随着空间技术的飞速发展,空间机器人越来越受到航天领域的重视。空间机器人能够适应恶劣的环境,如昼夜温差大、超真空、空间微重力、原子氧和太空辐射,代替航天员完成高精度和高可靠性的空间作业,在元件更换、空间碎片清理、有效载荷搬...
杜严锋
关键词:柔性空间机器人动力学建模振动控制
文献传递
柔性空间机器人运动振动一体化输入受限重复学习控制被引量:14
2020年
探究基座、臂、关节全柔性影响下空间机器人动力学模拟、运动控制及基座、臂、关节三重柔性振动主动抑制的问题,设计了不基于系统模型信息的运动振动一体化输入受限重复学习控制算法.将柔性基座与关节等效为线性弹簧与扭转弹簧,柔性臂视为欧拉-伯努利梁模型,利用拉格朗日方程与假设模态法建立动力学模型,然后,用奇异摄动理论将模型分解为包含刚性变量与臂柔性振动的慢变子系统,包含基座、关节柔性振动的快变子系统,并分别设计相应的子控制器,构成了带关节柔性补偿的一体化控制算法.针对慢变子系统,提出输入受限重复学习控制算法,由双曲正切函数,饱和函数与重复学习项构成,双曲正切函数与饱和函数实现输入力矩受限要求,重复学习项补偿周期性系统误差,以完成对基座姿态、关节铰周期轨迹的渐进稳定追踪.然而,为了同时抑制慢变子系统臂的柔性振动,运用虚拟力的概念,构造同时反映臂柔性振动与系统刚性运动的混合轨迹,提出了基于虚拟力概念的输入受限重复学习控制器,保证基座、关节轨迹精确追踪的同时,对臂的柔性振动主动抑制.针对快变子系统,采用线性二次最优控制算法抑制基座与关节的柔性振动.仿真结果表明:控制器适用于一般柔性非线性系统,满足输入力矩受限要求,实现对周期信号的高精度追踪,有效抑制基座、臂、关节的柔性振动,证实算法的可行性.
付晓东陈力
关键词:柔性臂柔性关节空间机器人重复学习控制

相关作者

陈力
作品数:540被引量:1,283H指数:18
供职机构:中国空气动力研究与发展中心
研究主题:空间机器人 浮基 双臂空间机器人 漂浮基空间机械臂 空间机械臂
张绪平
作品数:30被引量:183H指数:7
供职机构:多伦多大学
研究主题:机器人 柔性机器人 冗余度 动力学 柔性空间机器人
余跃庆
作品数:355被引量:1,272H指数:20
供职机构:北京工业大学
研究主题:柔性机器人 并联机器人 机器人 柔顺 动力学
张文辉
作品数:88被引量:290H指数:8
供职机构:丽水学院工学院
研究主题:神经网络 自适应控制 空间机器人 空间机械臂 基于神经网络
翟艳霞
作品数:3被引量:4H指数:1
供职机构:哈尔滨工业大学航天学院控制科学与工程系
研究主题:轨迹跟踪控制 柔性空间机器人 自适应 输入有界 非奇异终端滑模