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Detumbling strategy based on friction control of dual-arm space robot for capturing tumbling target 被引量:12
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作者 Gang CHEN Yuqi WANG +3 位作者 Yifan WANG Ji LIANG Long ZHANG Guangtang PAN 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第3期1093-1106,共14页
The rotational motion of a tumbling target brings great challenges to space robot on successfully capturing the tumbling target.Therefore,it is necessary to reduce the target's rotation to a rate at which capture ... The rotational motion of a tumbling target brings great challenges to space robot on successfully capturing the tumbling target.Therefore,it is necessary to reduce the target's rotation to a rate at which capture can be accomplished by the space robot.In this paper,a detumbling strategy based on friction control of dual-arm space robot for capturing tumbling target is proposed.This strategy can reduce the target's rotational velocity while maintaining base attitude stability through the establishment of the rotation attenuation controller and base attitude adjustment controller.The rotation attenuation controller adopts the multi-space hybrid impedance control method to control the friction precisely.The base attitude adjustment controller applies the dual-arm extended Jacobian matrix to stabilize the base attitude.The main contributions of this paper are as follows:(1)The compliant control method is adopted to achieve a precise friction control,which can reduce the target angular velocity steadily;(2)The dual-arm extended Jacobian matrix is applied to stabilize the base attitude without affecting the target capture task;(3)The detumbling strategy of dualarm space robot is designed considering base attitude stabilization,realizing coordinated planning of the base attitude and the arms.The strategy is verified by a dual-arm space robot with two 7-DOF(degrees of freedom)arms.Simulation results show that,target with a rotation velocity of 20(°)/s can be effectively controlled to stop within 30 s,and the final deflection of the base attitude is less than 0.15°without affecting the target capture task,verifying the correctness and effectiveness of the strategy.Except to the tumbling target capture task,the control strategy can also be applied to other typical on-orbit operation tasks such as space debris removal and spacecraft maintenance. 展开更多
关键词 Detumbling strategy Dual-arm space robot free-floating base Friction control Tumbling target capturing
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漂浮基空间机器人捕获卫星过程冲击动力学建模及基于非线性滤波器的镇定运动控制 被引量:3
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作者 程靖 陈力 《载人航天》 CSCD 2016年第1期34-38,共5页
研究了空间机器人系统捕获目标卫星时发生碰撞的冲击效应及之后的稳定控制问题。首先利用拉格朗日第二类方程建立了空间机器人系统的动力学模型,目标物的动力学方程则通过牛顿欧拉法获得。其次利用运动几何关系及动量守恒原理,分析了碰... 研究了空间机器人系统捕获目标卫星时发生碰撞的冲击效应及之后的稳定控制问题。首先利用拉格朗日第二类方程建立了空间机器人系统的动力学模型,目标物的动力学方程则通过牛顿欧拉法获得。其次利用运动几何关系及动量守恒原理,分析了碰撞冲击对系统的影响。对于两者接触后形成失稳的联合体系统,设计了输出反馈控制方案,以完成稳定控制。同时,考虑到空间机器人输入力矩有限的条件,运用带饱和函数的控制率将控制力矩限制在一定范围内。该方案利用非线性滤波器估测机械臂关节的速度,使其在控制过程中仅需测量系统位置信息。最后,通过李雅普诺夫判据证明了系统的稳定性。数值仿真实验模拟了碰撞冲击效应,并验证了上述控制方案的有效性。 展开更多
关键词 漂浮基 空间机器人 碰撞冲击 输入受限
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Trajectory planning and base attitude restoration of dual-arm free-floating space robot by enhanced bidirectional approach 被引量:1
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作者 Zongwu XIE Xiaoyu ZHAO +2 位作者 Zainan JIANG Haitao YANG Chongyang LI 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2022年第1期2-17,共16页
When free-floating space robots perform space tasks,the satellite base attitude is disturbed by the dynamic coupling.The disturbance of the base orientation may affect the communication between the space robot and the... When free-floating space robots perform space tasks,the satellite base attitude is disturbed by the dynamic coupling.The disturbance of the base orientation may affect the communication between the space robot and the control center on earth.In this paper,the enhanced bidirectional approach is proposed to plan the manipulator trajectory and eliminate the final base attitude variation.A novel acceleration level state equation for the nonholonomic problem is proposed,and a new intermediate variable-based Lyapunov function is derived and solved for smooth joint trajectory and restorable base trajectories.In the method,the state equation is first proposed for dual-arm robots with and without end constraints,and the system stability is analyzed to obtain the system input.The input modification further increases the system stability and simplifies the calculation complexity.Simulations are carried out in the end,and the proposed method is validated in minimizing final base attitude change and trajectory smoothness.Moreover,the minute internal force during the coordinated operation and the considerable computing efficiency increases the feasibility of the method during space tasks. 展开更多
关键词 free-floating space robot dual arm coordinated operation base attitude restoration bidirectional approach
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全程恒定基座姿态零扰动的空间机械臂轨迹规划 被引量:3
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作者 黄兴宏 贾英宏 +1 位作者 徐世杰 卢山 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期488-496,共9页
本文研究了全程恒定基座姿态零扰动的自由漂浮空间机器人(FFSR)末端位姿轨迹规划的问题。针对无运动学冗余自由度的三关节平面FFSR系统,首先建立了其末端位姿与关节角之间的状态变换关系,然后给出了以基座姿态和关节角为状态变量的系统... 本文研究了全程恒定基座姿态零扰动的自由漂浮空间机器人(FFSR)末端位姿轨迹规划的问题。针对无运动学冗余自由度的三关节平面FFSR系统,首先建立了其末端位姿与关节角之间的状态变换关系,然后给出了以基座姿态和关节角为状态变量的系统方程。根据该系统方程,利用非线性系统的可控性判据证明了在保证全程恒定基座姿态零扰动的前提下,对FFSR系统的末端位置和姿态同时作轨迹规划的可行性;再利用最优控制策略,将轨迹规划问题转换为最优控制问题,设计了一种全程恒定基座姿态零扰动的末端位姿轨迹规划方法。数值仿真验证了结论的正确性和设计方法的有效性。 展开更多
关键词 自由漂浮空间机器人(FFSR) 轨迹规划 全程恒定基座姿态零扰动 可控性 控制函数参数化
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飘浮基两杆柔性空间机械臂的振动分析与振动抑制 被引量:1
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作者 于潇雁 陈力 《载人航天》 CSCD 2016年第3期354-360,共7页
对载体位置无控、姿态受控的飘浮基两杆柔性空间机械臂操作过程中的振动进行了分析,并提出了对振动进行有效抑制的方法。首先利用拉格朗日方程并结合系统总质心定义,得到系统的动力学方程。然后对该系统操作过程中的振动进行了分析。接... 对载体位置无控、姿态受控的飘浮基两杆柔性空间机械臂操作过程中的振动进行了分析,并提出了对振动进行有效抑制的方法。首先利用拉格朗日方程并结合系统总质心定义,得到系统的动力学方程。然后对该系统操作过程中的振动进行了分析。接着利用奇异摄动法,将两杆柔性空间机械臂系统分解为一个关于载体姿态、杆件关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个描述柔性臂变形的快变子系统。以此为基础,提出了一个由慢变控制项和一个快变控制项组成的复合控制器,使得机械臂在操作过程中跟踪上载体姿态和关节期望轨迹的同时柔性臂的振动得到了有效的抑制。该控制方案的显著优点为不需要测量反馈载体的位置、移动速度、移动加速度。 展开更多
关键词 飘浮基柔性空间机械臂 载体姿态受控 奇异摄动法 振动分析 振动抑制
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柔性空间机械臂捕获卫星碰撞动力学分析、镇定运动神经网络控制及抑振 被引量:16
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作者 董楸煌 陈力 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期34-42,共9页
讨论漂浮基柔性空间机械臂在轨捕获卫星过程的接触、碰撞动力学建模和碰撞后混合体系统镇定运动控制及柔性振动主动抑制问题。在机械臂末端手爪与被捕获卫星接触、碰撞前,结合假设模态法和拉格朗日法建立空间机械臂系统动力学模型。在... 讨论漂浮基柔性空间机械臂在轨捕获卫星过程的接触、碰撞动力学建模和碰撞后混合体系统镇定运动控制及柔性振动主动抑制问题。在机械臂末端手爪与被捕获卫星接触、碰撞前,结合假设模态法和拉格朗日法建立空间机械臂系统动力学模型。在接触、碰撞持续过程,考虑空间机械臂与卫星间的运动几何关系、力传递关系,并基于动量守恒关系,分析接触、碰撞对空间机械臂系统刚性运动和柔性振动状态的影响效应。在接触、碰撞后,根据空间机械臂与目标卫星的相互作用内力关系,建立两者混合体系统的综合动力学模型,并针对上述接触、碰撞的影响效应,基于奇异摄动理论将混合体系统综合动力学模型分解为快、慢变子系统,其中,快变子系统表征系统柔性振动,慢变子系统表征系统刚性运动,并对慢变子系统设计镇定运动的径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络控制算法,而对快变子系统设计振动主动抑制的线性二次最优控制算法。数值仿真证实上述控制算法的有效性。 展开更多
关键词 漂浮基 柔性空间机械臂 捕获卫星 碰撞动力学 镇定运动控制 柔性振动抑制
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空间机器人双臂捕获卫星后闭链系统的滑模变结构控制 被引量:1
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作者 程靖 陈力 《载人航天》 CSCD 2017年第3期311-319,共9页
研究了双臂空间机器人系统捕获目标时发生碰撞的冲击效应及之后形成的闭链系统的稳定控制问题。针对具有漂浮基的空间机器人系统及目标系统,分别采用拉格朗日第二类方程及牛顿欧拉法分别建立其动力学模型。在双臂空间机器人捕获目标的... 研究了双臂空间机器人系统捕获目标时发生碰撞的冲击效应及之后形成的闭链系统的稳定控制问题。针对具有漂浮基的空间机器人系统及目标系统,分别采用拉格朗日第二类方程及牛顿欧拉法分别建立其动力学模型。在双臂空间机器人捕获目标的过程中,利用力的传递关系及运动几何关系,分析了两者的瞬间碰撞冲击效应。对于两者接触后形成翻滚的联合体系统,结合闭环约束条件及总动量守恒原则,获得了闭链系统动力学方程;并设计了滑模变结构控制方案,以完成镇定运动控制。考虑到空间机器人闭链系统存在控制器冗余的情况,运用最小权值范数法,均衡分配各关节力矩。最后采用数值仿真实验模拟了碰撞冲击效应及镇定过程,并验证了上述控制方案的有效性。 展开更多
关键词 漂浮基 双臂空间机器人 闭链系统 碰撞冲击 镇定控制
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基座弹性影响下空间机械臂的轨迹跟踪控制及弹性振动主动抑制 被引量:2
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作者 元波 陈力 《力学与实践》 北大核心 2014年第5期598-603,共6页
讨论了基座存在弹性情况下,载体位置无控、姿态受控的漂浮基空间机械臂惯性空间轨迹跟踪控制及基座弹性振动主动抑制问题.由系统位置几何关系及动量守恒关系,建立了系统运动Jacobi关系;之后利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系建立... 讨论了基座存在弹性情况下,载体位置无控、姿态受控的漂浮基空间机械臂惯性空间轨迹跟踪控制及基座弹性振动主动抑制问题.由系统位置几何关系及动量守恒关系,建立了系统运动Jacobi关系;之后利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系建立了系统动力学方程.基于奇异摄动理论的两种时间尺度假设,将该方程分解为描写系统刚性运动的慢变子系统与描写系统弹性振动的快变子系统.对慢变子系统设计了基于计算力矩法的轨迹跟踪控制器;对于快变子系统则设计了线性二次最优控制方案.数值仿真证实了提出的控制方法的有效性. 展开更多
关键词 漂浮基空间机械臂 基座弹性影响 奇异摄动法 轨迹跟踪控制 弹性振动主动抑制
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漂浮基弹性基座空间机械臂的鲁棒控制 被引量:1
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作者 元波 陈力 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2014年第4期687-693,共7页
讨论了基座存在弹性情况下,载体位置不受控、姿态受控的漂浮基空间机械臂系统关节空间控制问题.利用拉格朗日方法结合动量守恒定律建立了弹性基座漂浮基空间机械臂系统动力学方程,空间机械臂工作环境的特殊性使得理论数学模型和实际模... 讨论了基座存在弹性情况下,载体位置不受控、姿态受控的漂浮基空间机械臂系统关节空间控制问题.利用拉格朗日方法结合动量守恒定律建立了弹性基座漂浮基空间机械臂系统动力学方程,空间机械臂工作环境的特殊性使得理论数学模型和实际模型存在一定的模型误差,同时考虑到外部干扰,本文对理论模型进行了改进.基于李雅普诺夫稳定性理论,为具有模型误差和外部干扰的弹性基座空间机械臂设计了合理的鲁棒控制方案,并且进行了稳定性证明.由于建模过程结合了动量守恒定律,所以所设计的控制方案无需测量载体位置、移动速度和移动加速度.数值仿真结果证实了本文提出的控制方法的有效性和可行性. 展开更多
关键词 漂浮基空间机械臂 基座弹性影响 模型误差 外部干扰 鲁棒控制 李雅普诺夫稳定性
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