橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計1譯文摘要本文提出了自動機械衛(wèi)星（RS）雙機械手協(xié)調(diào)運動的規(guī)劃設(shè)計?；谖⒅亓Νh(huán)境下RS運動特性的分析，兩個機械手分為主機械手和從機械手。接著介紹了雙機械手RS協(xié)調(diào)運動的四種模式：穩(wěn)定功能、平衡功能、調(diào)整功能和協(xié)作運轉(zhuǎn)。還介紹了雙機械手的運動規(guī)劃算法。最后，給出了微重力環(huán)境下，RS俘獲目標(biāo)實驗?zāi)Ｐ偷乃姆N協(xié)調(diào)運動的計算機仿真結(jié)果。仿真試驗顯示本文所提出的運動模型和規(guī)劃算法是非常有效的。關(guān)鍵詞：自動機械衛(wèi)星、運動規(guī)劃、雙機械手協(xié)調(diào)運動、構(gòu)位空間、微重力環(huán)境0介紹隨著空間技術(shù)的發(fā)展，諸如構(gòu)造和修理人造衛(wèi)星和航天飛機等的航天員艙外活動越來越多。但是，航天員艙外活動非常危險并且費用昂貴，因此使用空間機器人來代替宇航員的需要變得日益急迫。這種機器人可以在太空中自由飛行，因此命名為自由飛行空間機器人。自動機械衛(wèi)星就是自由飛行空間機器人的非常重要的一類，它由人造衛(wèi)星和安裝在人造衛(wèi)星上的機械手組成?？臻g機器人需要多機械手來在微重力環(huán)境下進行復(fù)雜的操作，雙機械橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計2手RS是多機械手系統(tǒng)中重要的一員，并且雙機械手的研究是多機械手研究的基礎(chǔ)。為了增加機械手的功能并降低它們之間的意外干擾，應(yīng)該研究RS多機械手的協(xié)調(diào)運動。多機械手的協(xié)調(diào)運動包括協(xié)調(diào)任務(wù)、協(xié)調(diào)動作和協(xié)調(diào)控制。盡管在1，2中提出了有關(guān)多機械手RS的動力學(xué)和協(xié)調(diào)控制，但是多機械手RS協(xié)調(diào)運動規(guī)劃的相關(guān)研究還是非常有限。一般機器人的運動規(guī)劃問題是在給定環(huán)境和任務(wù)下，尋找無碰撞自動運動路徑和軌道。運動規(guī)劃有多種方法，例如構(gòu)位空間方法、人工位場方法和拓撲方法。由于RS在空間微重力環(huán)境中缺乏固定基礎(chǔ)，空間機械手的運動將擾亂其基礎(chǔ)人造衛(wèi)星的位置和姿態(tài)，并改變RS機械手的工作空間。直接采取帶有固定基礎(chǔ)的地面機器人的運動規(guī)劃方法，以及規(guī)劃路徑和軌道是非常危險的，對RS有可能是錯誤的。因此，對微重力環(huán)境下RS運動特性的研究是非常重要的。1微重力環(huán)境下RS的運動特性這里討論的RS由人造衛(wèi)星主體和k空間機械手組成。假設(shè)沒有外力和外部扭力施加在該系統(tǒng)上，并且RS可以在微重力環(huán)境中自由飛行或飄浮。機械手的每一處接點都是由扭力控制器控制的旋轉(zhuǎn)接點。整個系統(tǒng)的能量守恒。如果第j個空間機械手具有nj個旋轉(zhuǎn)連接，則系統(tǒng)可以被看作是由N1個鏈接（Nn1+n2+nk）組成的多鏈接自由飛行（飄?。┫到y(tǒng)。研究人造衛(wèi)星的姿態(tài)時，要在衛(wèi)星主體上建立協(xié)調(diào)系統(tǒng)。如果和分別是RS衛(wèi)星姿態(tài)角矢量和空間機械手接點角矢量，它們分別為3-D和N-D矢量。衛(wèi)星姿態(tài)的極小改變可以表示為機械手極小運動的函數(shù)橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計3G()(1)此處，G是一個3N的擾動靈敏度矩陣。定義為瞬時擾動。G的奇異值分解給出了衛(wèi)星最大干擾和最小干擾的方向和數(shù)量。如果的變化量使衛(wèi)星姿態(tài)的變化量為，在公式（1）的數(shù)值積分將給出一個新的公式：F(,)(2)公式（2）表達的方程由一個不能顯式表達的數(shù)值積分得到。這需要對G重復(fù)進行數(shù)值積分的大量的計算。2雙機械手RS地面模型及其C-空間量子化為了研究RS自主控制技術(shù)，首先建立一個RS地面試驗臺，通過空氣軸承來模擬微重力環(huán)境。RS試驗?zāi)Ｐ涂梢栽谠囼炁_中自由地飛行。該試驗?zāi)Ｐ?。如圖2.1所示。圖2.1雙機械手RS地面試驗?zāi)Ｐ蜆蚴狡鹬貦C小車運行機構(gòu)設(shè)計4假設(shè)機械手有N個接點組成，且它們的角度為i，i=1，2，,N。當(dāng)機械手的基礎(chǔ)固定時，矢量=（1，2,N）組成機械手的C空間。對于微重力環(huán)境下的RS試驗?zāi)Ｐ蛠碚f，需要其他一些參數(shù)來決定RS的相對位置，例如，人造衛(wèi)星姿態(tài)角矢量。用=(1,2)和=(1,2)和表示兩個機械手的接點角矢量。這里=(,)，RS模型的相對位置由(,1,2,1,2)來確定，其中1,2,1,2的值可以相互獨立。任何接點的運動都會影響的值：=F(,)。其中，F(xiàn)為公式（2）定義的函數(shù)。（或）的變化會影響衛(wèi)星的姿態(tài)以及衛(wèi)星姿態(tài)矢量的變化，從而導(dǎo)致機械手位置的變化。盡管干擾使控制問題變得復(fù)雜，但是依然有可能利用動態(tài)干擾來簡化航天任務(wù)。例如，通過機械手的運動，可以將衛(wèi)星姿態(tài)和另一個機械手的位置變動到需要的相對方位上。由于高維和復(fù)雜的動態(tài)控制問題，RS相對位置之間的關(guān)系很難用顯式表達。本文提出了C空間量子化方法，即將每個接點角i平均地分成Ni個點，如下公式（4）所示：(i,j)i（i”i）j/（Ni1）i1,2,3,4.j0，1，Ni1ii,i”(4)因此，機械手的角矢量（1，2，3，4）量化為N1N2N3N4點。定義這些點為參考節(jié)點（C-節(jié)點），并記C-節(jié)點