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空间机械臂的舱外爬行是空间机械臂舱外服务中的一项重要任务。针对空间机械臂舱外爬行开展相关研究可以有效扩展空间机械臂的工作范围,还可以为空间机械臂在轨应用奠定基础。本文针对空间机械臂爬行过程中机械臂末端与舱体表面的对接过程研究对接的控制策略问题。
论文首先针对机械臂末端与舱体表面的对接过程设计了整体控制策略。根据机械臂末端与对接口可能产生的接触点个数对接触情况进行分类,然后依据六维力传感器反馈的实时末端接触力数据进行三维接触力分析,确定不同接触力数据对应的不同对接情况,最后针对整体对接过程进行控制策略规划。
其次,研究了对接过程中机械臂末端处于接触空间时的力控制算法。本文对自适应阻抗控制算法以及应用神经网络逆系统的阻抗控制算法开展研究,并针对两种算法的优点对两种算法进行整合,设计了一种新的阻抗控制算法。分别对三种算法进行仿真验证,在确认其有效性的基础上,以算法实现力跟踪的能力为标准,筛选出在对接过程中最适于进行力控制的阻抗控制算法。
最后设计了一套验证整体控制策略的仿真系统。使用ADAMS软件设计空间机械臂机械系统的虚拟样机模型,利用MATLAB中的Stateflow模块设计整体控制流程,并将空间机械臂虚拟样机模块以及最优阻抗控制算法模块加入控制策略流程中,实现整体控制系统仿真设计。