空間機(jī)器人在軌操作動(dòng)力學(xué)與控制

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間機(jī)器人簡(jiǎn)介 1
1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 空間機(jī)器人研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀 5
1.2.3 空間機(jī)器人在軌操作控制研究現(xiàn)狀 8
1.2.4 在軌捕獲過(guò)程參數(shù)辨識(shí)研究現(xiàn)狀 12
1.3 小結(jié) 15
第2章 空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模 16
2.1 空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)描述 16
2.1.1 剛體位置 16
2.1.2 剛體指向 16
2.1.3 旋轉(zhuǎn)變換描述 19
2.2 空間多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論 24
2.2.1 牛頓-歐拉方法 24
2.2.2 空間算子代數(shù)方法 25
2.2.3 拉格朗日方法 36
2.3 空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 48
2.3.1 空間剛性機(jī)器人與漂浮目標(biāo)動(dòng)力學(xué)模型 49
2.3.2 空間柔性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 50
2.4 小結(jié) 54
第3章 空間機(jī)器人在軌捕獲動(dòng)力學(xué)與控制 55
3.1 基于動(dòng)態(tài)抓取域的捕獲目標(biāo)抓取策略 55
3.1.1 在軌捕獲目標(biāo)動(dòng)力學(xué) 55
3.1.2 基于動(dòng)態(tài)抓取域的抓取控制 59
3.2 在軌抓取目標(biāo)過(guò)程的機(jī)械臂穩(wěn)定控制 67
3.2.1 基于滑模控制的軟硬性抓取 67
3.2.2 柔性機(jī)器人在軌抓取的姿態(tài)無(wú)擾振動(dòng)抑制 71
3.2.3 抓取后穩(wěn)定控制 78
3.3 繩索式末端捕獲機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 82
3.3.1 繩索式末端執(zhí)行器捕獲原理 82
3.3.2 繩索機(jī)構(gòu)捕獲動(dòng)力學(xué)建模 83
3.3.3 末端捕獲實(shí)驗(yàn)與模型驗(yàn)證 96
3.4 空間機(jī)器人末端捕獲策略與抓捕目標(biāo)控制 104
3.4.1 繩索式末端執(zhí)行器捕獲策略 105
3.4.2 空間機(jī)器人抓捕目標(biāo)柔順控制 114
3.5 小結(jié) 128
第4章 空間機(jī)器人在軌裝配過(guò)程動(dòng)力學(xué)與控制 129
4.1 航天器在軌裝配過(guò)程動(dòng)力學(xué) 129
4.1.1 自由漂浮空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 129
4.1.2 裝配過(guò)程碰撞動(dòng)力學(xué) 132
4.1.3 抓捕過(guò)程動(dòng)量守恒方程 138
4.1.4 空間機(jī)器人與目標(biāo)耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 140
4.2 航天器模塊更換過(guò)程動(dòng)力學(xué)與控制 141
4.2.1 模塊更換過(guò)程運(yùn)動(dòng)分析 141
4.2.2 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃 143
4.2.3 模塊更換過(guò)程控制 145
4.2.4 模塊更換過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析 147
4.3 小結(jié) 152
第5章 基于機(jī)器人柔性毛刷的空間翻滾目標(biāo)消旋控制 154
5.1 空間翻滾目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析與狀態(tài)估計(jì) 154
5.1.1 空間翻滾目標(biāo)動(dòng)力學(xué) 154
5.1.2 系統(tǒng)模型和觀測(cè)模型 162
5.1.3 容積卡爾曼濾波算法 164
5.1.4 空間翻滾目標(biāo)狀態(tài)估計(jì) 170
5.2 柔性減速刷機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模 176
5.2.1 繩索動(dòng)力學(xué)建模 177
5.2.2 接觸碰撞動(dòng)力學(xué)建模 180
5.2.3 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 181
5.3 空間翻滾目標(biāo)消旋策略 186
5.3.1 消旋機(jī)理 186
5.3.2 消旋策略 188
5.3.3 性能指標(biāo) 189
5.4 空間機(jī)器人自主消旋控制 190
5.4.1 空間機(jī)器人自主消旋規(guī)劃 190
5.4.2 空間機(jī)器人自主消旋控制 194
5.4.3 自旋目標(biāo)消旋控制 206
5.4.4 章動(dòng)目標(biāo)消旋控制 211
5.5 小結(jié) 216
第6章 帶負(fù)載的空間柔性冗余機(jī)械臂軌跡跟蹤控制 217
6.1 冗余自由度機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)與控制 217
6.1.1 冗余機(jī)械臂控制算法 217
6.1.2 基于空間算子代數(shù)的雅可比矩陣遞推算法 219
6.2 基體任務(wù)空間軌跡跟蹤及定點(diǎn)振動(dòng)控制 220
6.2.1 基于自運(yùn)動(dòng)優(yōu)化抑振的軌跡跟蹤控制 220
6.2.2 空載下軌跡跟蹤及定點(diǎn)振動(dòng)抑制 222
6.2.3 帶負(fù)載下軌跡跟蹤及定點(diǎn)振動(dòng)抑制 231
6.3 慣性任務(wù)空間軌跡跟蹤及定點(diǎn)振動(dòng)控制 236
6.3.1 基于增廣變量的慣性操作空間控制 236
6.3.2 空間冗余機(jī)械臂慣性空間運(yùn)動(dòng)與振動(dòng)控制 238
6.4 帶負(fù)載的柔性機(jī)械臂自適應(yīng)控制 242
6.4.1 冗余機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型 243
6.4.2 計(jì)算力矩控制方法 244
6.4.3 帶不確定負(fù)載的柔性機(jī)械臂自適應(yīng)控制 246
6.5 小結(jié) 252
第7章 空間機(jī)器人在軌操作目標(biāo)慣性參數(shù)辨識(shí) 254
7.1 被抓取目標(biāo)的慣性參數(shù)在線辨識(shí)方法 254
7.1.1 慣性參數(shù) 255
7.1.2 辨識(shí)方法 255
7.1.3 基于*小二乘法的在線參數(shù)估計(jì) 260
7.2 參數(shù)辨識(shí)擾動(dòng)誤差分析方法 262
7.2.1 *小二乘問題 262
7.2.2 矩陣行滿秩的條件 265
7.2.3 線性*小二乘問題的擾動(dòng)分析 266
7.3 平面和空間抓取過(guò)程的目標(biāo)慣性參數(shù)辨識(shí) 267
7.3.1 平面抓取參數(shù)辨識(shí) 267
7.3.2 空間抓取參數(shù)辨識(shí) 271
7.4 小結(jié) 277
參考文獻(xiàn) 278