目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間機器人簡介 1
1.2 國內外相關領域研究現狀 2
1.2.1 空間機器人研究現狀 2
1.2.2 空間機器人動力學研究現狀 5
1.2.3 空間機器人在軌操作控制研究現狀 8
1.2.4 在軌捕獲過程參數辨識研究現狀 12
1.3 小結 15
第2章 空間機器人動力學建模 16
2.1 空間機器人運動學描述 16
2.1.1 剛體位置 16
2.1.2 剛體指向 16
2.1.3 旋轉變換描述 19
2.2 空間多體繫統動力學理論 24
2.2.1 牛頓-歐拉方法 24
2.2.2 空間算子代數方法 25
2.2.3 拉格朗日方法 36
2.3 空間機器人動力學模型 48
2.3.1 空間剛性機器人與漂浮目標動力學模型 49
2.3.2 空間柔性機器人動力學模型 50
2.4 小結 54
第3章 空間機器人在軌捕獲動力學與控制 55
3.1 基於動態抓取域的捕獲目標抓取策略 55
3.1.1 在軌捕獲目標動力學 55
3.1.2 基於動態抓取域的抓取控制 59
3.2 在軌抓取目標過程的機械臂穩定控制 67
3.2.1 基於滑模控制的軟硬性抓取 67
3.2.2 柔性機器人在軌抓取的姿態無擾振動抑制 71
3.2.3 抓取後穩定控制 78
3.3 繩索式末端捕獲機構動力學建模與實驗驗證 82
3.3.1 繩索式末端執行器捕獲原理 82
3.3.2 繩索機構捕獲動力學建模 83
3.3.3 末端捕獲實驗與模型驗證 96
3.4 空間機器人末端捕獲策略與抓捕目標控制 104
3.4.1 繩索式末端執行器捕獲策略 105
3.4.2 空間機器人抓捕目標柔順控制 114
3.5 小結 128
第4章 空間機器人在軌裝配過程動力學與控制 129
4.1 航天器在軌裝配過程動力學 129
4.1.1 自由漂浮空間機器人動力學模型 129
4.1.2 裝配過程踫撞動力學 132
4.1.3 抓捕過程動量守恆方程 138
4.1.4 空間機器人與目標耦合繫統動力學模型 140
4.2 航天器模塊更換過程動力學與控制 141
4.2.1 模塊更換過程運動分析 141
4.2.2 機械臂運動軌跡規劃 143
4.2.3 模塊更換過程控制 145
4.2.4 模塊更換過程動力學分析 147
4.3 小結 152
第5章 基於機器人柔性毛刷的空間翻滾目標消旋控制 154
5.1 空間翻滾目標運動分析與狀態估計 154
5.1.1 空間翻滾目標動力學 154
5.1.2 繫統模型和觀測模型 162
5.1.3 容積卡爾曼濾波算法 164
5.1.4 空間翻滾目標狀態估計 170
5.2 柔性減速刷機器人動力學建模 176
5.2.1 繩索動力學建模 177
5.2.2 接觸踫撞動力學建模 180
5.2.3 機器人動力學模型 181
5.3 空間翻滾目標消旋策略 186
5.3.1 消旋機理 186
5.3.2 消旋策略 188
5.3.3 性能指標 189
5.4 空間機器人自主消旋控制 190
5.4.1 空間機器人自主消旋規劃 190
5.4.2 空間機器人自主消旋控制 194
5.4.3 自旋目標消旋控制 206
5.4.4 章動目標消旋控制 211
5.5 小結 216
第6章 帶負載的空間柔性冗餘機械臂軌跡跟蹤控制 217
6.1 冗餘自由度機械臂動力學與控制 217
6.1.1 冗餘機械臂控制算法 217
6.1.2 基於空間算子代數的雅可比矩陣遞推算法 219
6.2 基體任務空間軌跡跟蹤及定點振動控制 220
6.2.1 基於自運動優化抑振的軌跡跟蹤控制 220
6.2.2 空載下軌跡跟蹤及定點振動抑制 222
6.2.3 帶負載下軌跡跟蹤及定點振動抑制 231
6.3 慣性任務空間軌跡跟蹤及定點振動控制 236
6.3.1 基於增廣變量的慣性操作空間控制 236
6.3.2 空間冗餘機械臂慣性空間運動與振動控制 238
6.4 帶負載的柔性機械臂自適應控制 242
6.4.1 冗餘機械臂動力學模型 243
6.4.2 計算力矩控制方法 244
6.4.3 帶不確定負載的柔性機械臂自適應控制 246
6.5 小結 252
第7章 空間機器人在軌操作目標慣性參數辨識 254
7.1 被抓取目標的慣性參數在線辨識方法 254
7.1.1 慣性參數 255
7.1.2 辨識方法 255
7.1.3 基於*小二乘法的在線參數估計 260
7.2 參數辨識擾動誤差分析方法 262
7.2.1 *小二乘問題 262
7.2.2 矩陣行滿秩的條件 265
7.2.3 線性*小二乘問題的擾動分析 266
7.3 平面和空間抓取過程的目標慣性參數辨識 267
7.3.1 平面抓取參數辨識 267
7.3.2 空間抓取參數辨識 271
7.4 小結 277
參考文獻 278