题目：全向移动自由基座的设计与控制

本文针对目前我国用于空间任务实施地面验证试验设备严重缺乏的现状，旨在研制一种空间任务可置换的全向移动自由基座重力补偿测试与验证装置，绕过直接在地面建立微重力环境的时间、空间等主要限制，发展新的可靠性高、适应性强、易于实现和维护且时间空间不受限制的空间任务实施的地面测试与验证方法。通过全向自由基座再现航天器轨道运动，全面完整地在地面验证空间任务实施各类方案的合理性和可行性。本文设计的全向移动自由基座的技术创新之处在于提出了新型换向与驱动技术的新思路。该技术不同于传统的换向和驱动技术等，它能从机械结构上降低驱动力与状态量的耦合，提高移动基座的机动性能，降低控制难度，提高运动精度。

本文根据项目课题的研究领域和特点，同时结合国内外全向移动机器人的研究发展现状，选用了组合Mecanum轮作为全向移动自由基座的移动方式；设计了自由基座硬件控制系统，具体包括：Mecanum四轮组合、自由基座底座、电机支架及其它元器件固定架的机械设计和三维建模；电机及行星减速器、可编程多轴运动控制卡PMAC、通信模块、电池模块等的电气设计及选型等。进而本文对自由基座软件控制系统进行了设计优化，在运动控制卡配套控制软件基础上运用VC实现了全新的控制算法编写接口，从而丰富了软件原有的控制算法，为下一步自由基座的精确轨迹跟踪作好充足的准备。

本文基于Mecanum轮的四轮组合方式及工作原理，建立了自由基座的运动学模型，设计了基于电流环、速度环、位置环的伺服电机三环控制系统，通过三环控制系统初步验证了自由基座的运动学模型，实现了自由基座的伺服电机控制；本文进一步建立了自由基座的动力学方程，并自适应估计外界干扰的上界，进而设计了指数收敛的自适应滑模跟踪控制器。实验表明，该滑模控制器能确保自由基座实现精确的轨迹跟踪。