可重构空间多体机器人的动力学分析和轨迹规划

可重构空间多体机器人的动力学分析和轨迹规划(中文10000字,英文PDF)
本文设计并研究了一种具有多只可重构机械手的自由漂浮空间机器人。该机器人采用了可锁定的被动柱形关节（PCJs）结构，其可使机械手改变其自身长度和扭转角度。每个柱形关节连接两个相邻的刚性连杆，其中没有嵌入式驱动器而仅有一个制动机构，正常情况下该机构在操作过程中被锁紧。在重构阶段，两个机械手相互夹紧形成闭式运动链，然后一个柱形关节被解锁，其相对旋转和平移运动可由其他关节上的力矩改变，这是一种典型的空间多体系统。关于具有解除锁定的柱形关节和闭式链结构的空间机器人的动力学已被研究，运动方程通过Maggi–Kane方法推导得出，获得的数学模型也无需乘子，适用于控制器的设计。并提出了一种能够避免机械手结构奇异性的轨迹规划算法，为轨迹跟踪控制而设计了一种内嵌扩张状态观测器（ESO）的滑模控制器。数值模拟试验验证了机器人重构过程采用的轨迹规划及控制策略的有效性