空间冗余度机器人运动学规划及动力学控制中的混沌抑制

• 作 者: 刘秀超
• 机 构: 南京航空航天大学
• 出 处: 南京航空航天大学
• 发表日期: 2010年期

自由浮动空间冗余度机器人工作在空间微重力环境中,没有固定的基座,机器人内部各部分的运动互相影响,是一个高度非线性、强耦合的复杂动力学系统。本文系统研究了空间冗余度机器人避奇异、避障碍运动学规划和动力学控制中的混沌识别与抑制问题。　　
首先结合几个典型混沌系统的计算实验结果研究了周期动力系统是如何发展成混沌的,以及出现或进入混沌状态后的一系列新的性质和混沌运动的基本特征。　　
其次分析自由浮动空间冗余度机器人系统的运动学特性,推导出自由浮动空间冗余度机器人系统的运动学方程,分析空间机器人的动力学奇异性问题,基于梯度投影法选取空间机器人的运动学可操作度作为避奇异优化目标函数,利用关节空间的自运动,实现自由浮动冗余度空间机器人的避奇异运动规划,对其避奇异运动学规划时的自运动状态进行研究。大量的数值计算结果表明:空间冗余度机器人避奇异运动学优化时,其关节零空间的自运动是处于混沌状态的。因此,选择能量需求小、易于实现的状态延迟反馈控制方法来实现空间冗余度机器人回避奇异运动学规划时的混沌抑制。　　
对自由浮动空间机器人操作臂系统的避障碍运动规划方法进行探讨,并对避障碍运动规划做具体计算仿真实例。研究结果表明:空间冗余度机器人人工势力场法控制避障碍运动规划时其自运动状态是混沌的。针对其运动的特点,研究了控制参数和其运动状态的对应关系图,选取合适的控制参数,较快地把空间冗余度机器人自运动中的混沌运动转变成规则的周期运动。　　
利用多刚体动力学方法,推导出机器人的动力学模型。基于空间冗余度机器人的动力学方程,将计算力矩控制算法应用到冗余度空间机器人上,得出空间机器人动力学控制时其自运动是存在混沌的结论。结合自适应控制策略,应用自适应状态延时反馈混沌控制,抑制空间冗余度机器人动力学控制时关节自运动的混沌状态。