● 摘要
随着航天事业的不断发展，空间机器人在人类的空间活动中发挥着越来越重要的作用。由于空间机器人工作的微重力环境、非完整和冗余等运动特性，很多针对地面固定基座机器人设计的控制技术不能直接应用于空间机器人，需要针对其特殊工作环境和运动特性设计新的控制算法。本文讨论了空间机器人系统的控制问题，得到了以下结果： 1. 载体姿态的自适应控制：将机械臂运动对载体的姿态产生的反作用力作为一种干扰力矩，基于姿态运动的四元数描述方程和后退方法，设计了空间机器人载体姿态的一种自适应跟踪控制算法。当存在未知惯性参数和已知类型的外部干扰时，该算法可以保证载体姿态跟踪期望的时间轨迹。 2. 载体姿态可控的空间机器人的手端轨迹跟踪控制：结合后退设计方法和自适应控制理论，对载体姿态可控的空间机器人系统提出了一种自适应跟踪控制算法。当系统的惯性参数未知时，该算法可以保证空间机器人的手端跟踪误差渐近趋于零。 3. 自由浮动空间机器人的非完整控制：利用自由浮动空间机器人系统角动量守恒的非完整约束性质，给出了一种仅利用机械臂的运动来同时控制载体姿态和机械臂关节角的混合控制算法。该混合控制算法将开环和闭环控制相结合，可以保证除变换奇异点以外的任意给定的期望状态为全局渐近镇定。 本论文对平面两转动关节空间机器人进行了仿真，仿真结果验证了所提出控制方案的正确性和有效性。