SpiderFab空间机械臂系统耦合动力学计算与仿真

SpiderFab型空间机械臂是一种典型的漂浮基空间机械臂系统。为了定量的认识机械臂在运动过程中对基体的扰动影响,并以此为依据设计浮动基体的位姿控制系统,建立了系统的运动学、动力学方程。根据系统动量守恒条件显式的表达出基体与机械臂之间的速度耦合关系,并由此说明基体的位姿变化不仅与机械臂实时关节速度有关,还与机械臂的历史关节路径有关。为了更进一步说明系统内存在的动力学耦合问题,针对一个漂浮基三自由度空间机械臂系统,设计了三组仿真试验。三组不同的关节速度曲线作为输入条件,求解基体关节所受的扰动量。仿真结果证明了计算方法的正确性。     

漂浮基机械臂系统耦合动力学与解耦控制方法

在执行空间任务过程中,漂浮基机械臂系统内部的动力学耦合现象使得基体姿态调整和机械臂末端定位与控制问题变得更加复杂。综合考虑多种空间漂浮基机械臂系统共性特征,关注机械臂与基体耦合规律,建立统一的耦合动力学模型,并利用整个系统的非完整性特征和耦合特点,对特定系统设计解耦控制规律。通过控制机械臂关节主动运动实现基体位姿可控和机械臂末端任务不受制约的目的。结果表明,通过合理设置控制参数,在解空间存在的情况下,能够达到漂浮基体与机械臂末端协调运动的目的。     

漂浮基空间机械臂系统的非完整性研究

以漂浮基n关节空间机械臂系统为研究对象,建立了系统动力学一般方程,并分析了机械臂与浮动基体之间存在的动力学耦合关系,进而提出了一种系统非完整性判定方法。该方法通过选择基体姿态速度变量和机械臂关节角速度变量构成系统的独立状态变量,构造系统状态方程,并对系数矩阵做出适当的分解,可以证明系统状态解空间是一个不满足对合性的变矢量域分布。最终,通过弗罗贝尼乌斯定理判定定理证明系统的非完整性。在仿真过程中,以闭合关节路径为输入条件,来观察基体姿态输出的变化情况,发现基体姿态变化曲线并不是闭合的,再次证明了系统的非完整性。