[发明专利]一种空间绳系机器人跟踪最优轨迹协调控制方法

摘要

本发明提供了一种空间绳系机器人跟踪最优轨迹协调控制方法，用两个方向推力器结合空间系绳释放机构控制操作机器人减速实现操作机器人跟踪最优轨迹的协调控制；操作机器人跟踪最优轨迹过程中空间系绳方向的释放绳长控制通过控制空间平台上空间系绳释放机构对操作机器人实施减速实现，操作机器人在跟踪最优轨迹过程中面内及面外偏转角控制则是通过利用操作机器人上两个方向推力器实现。

主权项

一种空间绳系机器人跟踪最优轨迹协调控制方法，其特征在于：用两个方向推力器结合空间系绳释放机构控制操作机器人减速实现操作机器人跟踪最优轨迹的协调控制；操作机器人跟踪最优轨迹过程中空间系绳方向的释放绳长控制通过控制空间平台上空间系绳释放机构对操作机器人实施减速实现，操作机器人在跟踪最优轨迹过程中面内及面外偏转角控制则是通过利用操作机器人上两个方向推力器实现；具体包括以下步骤：(1)建立空间绳系机器人的操作机器人的释放二体动力学模型和空间系绳释放机构的结构与动力学模型；(2)规划操作机器人逼近目标的最优轨迹；(3)建立操作机器人误差状态空间释放动力学模型，然后根据该模型建立用于控制操作机器人面内面外角的SDRE控制器，根据释放机构的结构和动力学模型建立控制释放绳长的系绳释放机构PD控制器；(4)轨迹跟踪协调控制方法如下：(4.1)设定操作机器人的初始状态值：初始面内偏转角α0、初始面内偏转角速度初始面外偏转角β0、初始面外偏转角速度初始系绳长度l0、初始释放速度(4.2)比较操作机器人步骤(4.1)的初始状态值与步骤(2)的最优轨迹初始点值得到操作机器人的状态误差，将其作为SDRE控制器的输入，经计算后得 到操作机器人在本体坐标系下两个方向的实际附加控制力F1′、F2′及系绳控制加速度at；然后根据步骤(2)规划的操作机器人逼近目标的最优轨迹计算得到最优理想控制力和操作机器人在本体坐标系下两个方向的实际附加推力器推力F1及F2，计算得到操作机器人实际的面内及面外偏转角和偏转角速度；(4.3)根据步骤(2)得到的最优轨迹初始点值lq0及利用系绳释放机构结构模型得到释放滚轮的期望初始偏转角度及角速度；根据步骤(4.1)设定的初始状态值l0及利用系绳释放机构结构模型计算得到实际的初始偏转角度和角速度，比较期望初始偏转角度及角速度与实际初始偏转角度及角速度，经PD控制器计算得到释放滚轮的驱动电机的驱动力矩Tm；根据步骤(2)得到的最优轨迹初始点值lq0及及步骤(4.1)中设定的初始状态值l0及计算得到空间绳系的张力Ft，然后根据空间绳系的张力Ft和释放滚轮的驱动电机的驱动力矩Tm计算得到滚轮实际的转动角度及角速度，最后将滚轮实际的转动角度及角速度换算为实际的释放绳长及释放速度；(4.4)将操作机器人此时的当前实际状态值作为初始状态值，并将下一时刻的最优轨迹状态值作为最优轨迹初始点值(4.5)迭代重复上述步骤(4.2)至步骤(4.4)，直至得到操作机器人的实际跟踪轨迹。