考虑接触摩擦的空间机器人抓取控制研究

摘要

机械臂捕获漂浮目标时,抓取装置与目标间的接触碰撞、抓取后变结构组合体的动力学与控制以及卫星平台的稳定控制等直接关系到抓取的成功与安全。本文首先建立了空间机械臂及目标的动力学模型,引入了末端装置抓取目标时的计及接触摩擦的碰撞模型,并提出了“动态抓取域”用于机械臂抓取目标时的控制,并同时应用关节主动阻尼控制以减小抓取碰撞激振对空间机器人冲击的影响；引入误差四元数对基体姿态应用比例微分控制,并根据抓取成功瞬间的动量守恒定理建立了抓取后变结构组合体动力学模型,而后研究抓取后机械臂与基体的稳定控制；而后研究了接触碰撞摩擦系数对抓取过程碰撞力冲量和控制输出的影响,并优化抓取装置与目标之间的摩擦系数,减小抓取过程的振动及能量的消耗。通过仿真分析,接触碰撞系数的增大虽然使碰撞力略有增加,但选择适当的摩擦系数能够减少控制输出及碰撞力冲量,从而增加抓取的安全性及可靠性。