空间七自由度冗余机械臂动力学建模与控制研究

"本文主要研究了空间七自由度冗余机械臂的动力学建模与控制技术，探讨了其在实时仿真和控制系统中的应用。" 在机械工程领域，特别是在航天技术中，空间机械臂已经成为执行复杂任务的关键设备。它们在极端环境下的应用能够保护宇航员免受危险，提高任务效率。空间机械臂主要应用于航天飞机、空间站和卫星的操控，尤其在执行外太空任务时，如EVA（Extravehicular Activity）时，机械臂的使用比人力更为安全和高效。 动力学建模是理解并设计这些多自由度系统的基础。对于无法进行实物实验的空间机械臂，建立半实物仿真和全数值仿真系统至关重要。特别是实时动力学模型，它需要满足实时性、快速性和稳定性，以便准确模拟机械臂的运动。本文关注的是一个特定类型的空间机械臂——七自由度冗余机械臂，其动力学建模研究对于实现有效的控制策略有着重要意义。 冗余机械臂的控制研究是解决自由运动、视觉伺服和力控制问题的关键。冗余度的存在使得机械臂可以在满足任务需求的同时优化运动和动力性能。通过对冗余度的利用，可以更好地完成复杂环境下的任务，提高机械臂的灵活性和适应性。 文献回顾指出，多体动力学研究从单个刚体扩展到多刚体系统，包括柔性多体系统，多体动力学已成为当前力学研究的热点。动态建模原理涉及将多体系统分解为独立部分，并研究它们之间的相互作用。对于空间七自由度冗余机械臂，动力学建模通常涉及到大量的计算，而本文提出了一种基于空间矢量描述的铰接体算法，以减少计算复杂性。这种方法在SimMechanics环境中进行了验证，确保了算法的正确性。 此外，论文还涵盖了冗余机械臂的位置控制和力控制策略，尤其是基于增强混合阻抗控制的力控制研究，这是为了应对冗余机械臂在执行接触任务时可能出现的自运动问题。通过这样的控制方法，可以实现更精确的力反馈和任务执行。 本文的研究工作为空间冗余机械臂的动力学建模和控制提供了理论基础和技术支持，对于推动相关领域的技术发展和应用具有显著的价值。通过深入研究，可以优化机械臂的性能，使其在未来的太空任务中发挥更大的作用。