闭链空间机械臂抓持载荷基于积分滑模的模糊自适应控制

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1、第31卷2010笠第12期12月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTR()NAUTICASINICAV01．31No．12Dec．2010文章编号：1000-6893(2010)12-2442—08闭链空间机械臂抓持载荷基于积分滑模的模糊自适应控制陈志煌，陈力(福州大学机械工程与自动化学院，福建福州350108)FuzzyAdaptiveControlforGraspedObjectsbyClosed—chainSpaceManipulatorBasedonIntegralSlidi

2、ng-modeChenZhihuang，ChenLi(DepartmentofMechanicalEngineeringandAutomation，FuzhouUniversity，Fuzhou350108，China)摘要：讨论了载体位置、姿态均不受控制情况下，漂浮基闭链双臂空间机器人抓持系统的动力学建模与控制问题。利用拉格朗日方法和牛顿一欧拉法，分别建立了双臂空间机器人及抓持负载的动力学模型，并结合漂浮基空间机器人固有的线动量和角动量守恒动力学特性及闭合链约束几何关系。获得了抓持系统合成动力

3、学方程。以此为基础，考虑到闭链双臂窄间机器人系统结构的复杂性及某些参数的变动性，根据模糊控制理论和Lyapunov稳定性理论。设计了系统参数不确定情况下该抓持系统基于积分滑模面的力／位置模糊自适应协调控制方案。从而达到对抓持负载位置与所受内力的双重控制效果。系统数值仿真证明了控制方案的有效性与精确性。关键词：漂浮基；闭合运动链；积分滑模；模糊控制；自适应控制中图分类号：V447；TP242文献标识码：AAbstract：Dynamicandcontrolproblemsoffree-floati

4、ngdual—armspacerobotgraspingsystemwithaclosedki—nematicchainarediscussedinthisarticle．AnonlineardynamicmodeloftheduabarmspacerobotsystemisobtainedviatheLagrangemethod，andthedynamicmodelofanobjectisobtainedbasedontheNewton—Eulermethod．Basedontheresult

5、s，andinassociationwiththeprincipleofconservationallinearandangularmomentofaspaceroboticsystemwithclosedkinematicchainconstraints，thedynamicmodelofasyntheticalsystemisobtained．Onthebasisoftheseresultsandconsideringthehighstructurecomplexityandtheparam

6、eteruncer—taintyofsuchasystem，afuzzyadaptivecooperativeschemeofforce／positioncontrolbasedontheintegralslidingmodeforsuchasystemwithuncertaintyisproposedaccordingtOfuzzycontroltheoryandLyapunovstabilitytheory．Therefore，thepositionandinternalforceofthe

7、graspedobjectcanberegulatedsimultaneous—lv．Theeffectofthecontrollersistestifiedbycomputersimulation．Keywords：free-floating；closedkinematicchain；integralslidingmode；fuzzycontrol；self-adaptivecontrol太空技术的蓬勃发展，空间任务不断增多，使得空间机器人代替宇航员完成各类空间任务操作成为太空活动的必然选择，

8、空间机器人的作用也越为突出。因此其动力学与控制相关问题的研究引起了国内外研究人员的广泛关注[1。7]，空间机械臂对承载能力及轨迹跟踪精度的要求越来越高。出于加大负载能力、提高载荷定位精度及多任务操作的需求，双臂甚至多臂空间机器人的使用成为空间机器人发展的必然趋势。但目前相关研究开展得并不多，且主要以运动学规划为主[811J，有关控制问题的研究较少，其中又多是针对开链双收稿日期：2010—03—24：修订日期：2010—05—20基金项目：国家自然科学基金(10672040)通讯作者：陈力E—ma