题目：冗余度双臂空间机器人智能规划与协调控制研究

机器人技术是空间技术研究的重要方面，空间机器人是辅助或代替宇航员进行空间科学研究的有力工具。其中，空间站机器人是空间机器人中应用最多最重要的形式，本文以空间站舱内服务机器人为主要研究对象。空间站舱内的许多操作任务仅靠单个机器人是不可能完成的，需要至少两个机器人相互协调配合才能很好地完成。因此，近年来适应于空间站的冗余度双臂机器人系统的应用研究得到了较多的重视。本文结合已有的研究基础和研究条件，开展面向空间舱内作业的冗余度双臂机器人智能规划与协调控制研究。论文以提高冗余度双臂空间机器人系统的智能性为宗旨，对冗余度双臂机器人系统的组织结构特性、低层协调控制、上层智能规划、多传感器信息的融合及应用、离线编程和虚拟仿真、空间舱内典型模拟实验等问题进行了深入研究和探讨。论文的主要研究工作简述如下：1. 介绍并分析了冗余度双臂空间机器人系统的特性和系统实验平台的总体结构；采用集散控制理论，建立了一个四级的双臂机器人分层递阶控制结构；2. 研究了双臂机器人协调控制的一系列基本问题。针对双臂协调操作过程中的受力问题，提出了一种基于遗传算法的双臂机器人模糊力/位混合控制方法。该方法不需要对现有的机器人位置控制器进行改造，不需要精确的机器人模型和详细的约束环境几何信息，而是将机器人末端的力误差通过模糊控制转变为机器人位置控制器的修正值。利用遗传算法对模糊控制规则进行了优化，为了提高遗传算法的性能，交叉算子和变异算子都采用了自适应控制策略。通过冗余度双臂机器人靠压力协调搬运一箱体的力跟踪仿真和实验，验证了该策略的有效性和可靠性；3. 研究了双臂空间机器人的智能规划策略，主要包括任务分解和任务分配。对任务分解采用一种基于任务知识库的分解方法，基本任务由机器人的基本操作组成，将任务分解为一系列的操作序列，用隐式基本操作序列(IEO)表示；然后再将隐式基本操作序列转化为机器人可以进行运动规划的显示基本操作序列(EEO)。对于任务分配，根据双臂机器人的能力及性能的不同，对双臂机器人采用形式化的描述方法，通过定义能力向量，对任务和机器人的能力进行量化描述，设计了一种基于Trader集中式的双臂机器人任务分配方法，并编制了算法软件和任务规划的人机界面；4. 根据双臂机器人系统分阶段控制特点，模拟人体感觉与运动控制系统的性能，提出了一种基于多传感器信息的分阶段控制方法。即利用全局视觉“粗测”阶段、利用局部视觉“精测”阶段、利用腕力传感器“微调”阶段及利用指端力传感器“夹持”阶段。该方法减少了多传感器信息融合算法的复杂性，操作简单，实现方便，提高了机器人的智能感觉系统；5. 改进并完善了VC++环境下基于OpenGl的冗余度双臂空间机器人三维图形动态仿真平台，该平台能非常直观地检验算法的有效性和可靠性。最后，在北航机器人研究所的冗余度双臂空间机器人实验平台上，对三种空间舱内典型协调作业任务(双臂协调插孔、双臂靠压力协调搬运箱体、双臂协调旋拧螺母)进行了仿真及模拟实验演示。