题目：利用CMG的无反作用力矩空间机器人动力学与控制研究

        目前，空间机器人系统的多体运动均采用关节驱动方式实现，然而关节驱动方式使得系统动力学耦合显著，不利于精确控制；此外，关节驱动系统一般为单自由度柱铰连接，因而为实现末端作用器的多自由度运动，需要较多关节数，使系统结构复杂。针对关节驱动方式的不足，本文提出一种采用无反作用力矩驱动方式的空间机器人设计概念，并研究其动力学与控制问题。

       本文选取三关节空间机器人为研究对象，平台与各节机械臂上均安装一组采取金字塔构型的控制力矩陀螺（CMGs）作为驱动机构，各体间采用自由球铰连接。在建模过程中，采用Rodriguez参数来描述平台姿态和机械臂的角位移，利用Kane方程推导得到了系统的动力学模型。在此基础上，设计了渐近稳定的轨迹跟踪系统控制律，使得平台姿态和机械臂角位移能完成跟踪期望运动轨迹的任务；并针对执行机构设计了CMGs操纵律，使得驱动机构能准确输出系统的指令力矩。此外，研究了机械臂工作空间到关节空间的轨迹规划算法，使得所设计的控制律可应用于工作空间的轨迹跟踪控制。

        数值仿真结果验证了所建立的动力学模型的正确性，以及所研究的轨迹规划和系统控制律算法的有效性；同时表明，利用三关节系统即可实现平台的姿态控制以及末端作用器的六自由度运动控制，验证了系统在减少关节数方面的优越性。