双臂空间机器人任务空间内的轨迹跟踪控制优化

李硕; 李西兴; 赵燕

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2020.10.012

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双臂空间机器人任务空间内的轨迹跟踪控制优化

设计计算 | 更新时间：2022-11-10

- 双臂空间机器人任务空间内的轨迹跟踪控制优化
- Optimization of Trajectory Tracking Control in Task Space for Dual-arm Space Robot
- 机械传动 2020年44卷第10期页码：80-85
- 作者机构：
  
  1.武昌首义学院机电与自动化学院，湖北武汉 430064
  2.湖北工业大学机械工程学院，湖北武汉 430000
- 作者简介：
  
  李硕（1980— ），男，山东菏泽人，博士，副教授，主要研究方向为机械设计与制造。
  李西兴（1990— ），男，河南固始人，工学博士，讲师，主要研究方向为制造业信息化、调度优化等。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51805152)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2020.10.012
  中图分类号：
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李硕,李西兴,赵燕.双臂空间机器人任务空间内的轨迹跟踪控制优化[J].机械传动,2020,44(10):80-85.

Li Shuo,Li Xixing,Zhao Yan.Optimization of Trajectory Tracking Control in Task Space for Dual-arm Space Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(10):80-85.
李硕,李西兴,赵燕.双臂空间机器人任务空间内的轨迹跟踪控制优化[J].机械传动,2020,44(10):80-85. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.10.012.

Li Shuo,Li Xixing,Zhao Yan.Optimization of Trajectory Tracking Control in Task Space for Dual-arm Space Robot[J].Journal of Mechanical Transmission,2020,44(10):80-85. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.10.012.

摘要

针对任务空间中基座位置不受控、姿态受控的双臂空间机器人轨迹跟踪控制问题，提出了一种基于状态依赖Riccati方程（SDRE）的优化控制方法。首先，基于关节空间双臂空间机器人的运动学方程和完全驱动动力学方程，推导出机械臂欠驱动动力学方程以及机械臂关节与末端的运动雅可比关系；其次，通过增广状态变量构造SDC（State-dependent Coefficient）矩阵，并基于SDRE控制理论设计优化跟踪控制器，在实现输出力矩能量优化前提下，实现了对双臂空间机器人末端抓手位置与基座姿态的协同轨迹跟踪；最后，利用李雅普诺夫方法证明了系统渐近稳定性，并利用仿真实验验证了所设计控制器的有效性。

Abstract

For trajectory tracking control of a dual-arm space robot with uncontrolled base position and controlled base attitude in task space， an optimal control method based on state dependent Riccati equation （SDRE） is proposed. Firstly， based on the kinematics equation and fully driven dynamics equation of dual-arm space robot in joint space， the underactuated dynamics equation and the Jacobian relationship between the joint and the end of the manipulator are derived. Then， the SDC （state dependent coefficient） matrix is constructed by increasing the state variables， and the optimal tracking controller is designed based on the SDRE control theory， thus the trajectory tracking of the end grab and the base attitude of the dual-arm space robot is realized under the premise of optimizing the output torque energy. Finally， the Lyapunov method is used to prove the asymptotic stability of the system， and the effectiveness of the designed controller is verified by simulation experiments.

关键词

姿态受控双臂空间机器人任务空间状态依赖Riccati方程优化轨迹跟踪控制

Keywords

Attitude controlDual-arm space robotTask spaceState dependent Riccati equation（SDRE）Optimal trajectory tracking control

references

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