空间机械臂辅助深层采样阻抗控制策略

【作者】 聂佳伟； 兰靖杰； 辛鹏飞； 荣吉利；

【机构】 北京理工大学宇航学院力学系； 北京空间飞行器总体设计部；

【摘要】 针对空间机械臂辅助采样机进行深层采样任务中,由于细长机械臂柔性效应、动力学建模复杂、约束形式复杂、涉及到复杂的接触碰撞检测等问题,提出了一种基于李群非光滑广义-a方法建模的阻抗控制策略。在机械臂辅助采样机进行深层采样的过程中,涉及到复杂的接触碰撞问题,在动力学与控制的仿真验证中,如何精确模拟机械臂与复杂接触面的接触碰撞过程是一个核心问题。本文分别采用罚函数以及锥互补两类方法模拟机械臂与复杂接触面的碰撞问题,并采用非光滑算法求解系统动力学方程与锥互补条件,通过数值实验对比验证,发现锥互补类方法在动力学仿真中具有精度高、效率高等特点。针对机械臂与复杂接触面的接触过程,采用位置型阻抗控制对机械臂进行控制,推导了李群SO3模型下机械臂关节空间与末端笛卡尔空间之间的雅可比矩阵,并且得到了两个空间相互的转换关系,通过算例将阻抗控制与位置控制进行对比,发现该控制策略能够控制机械臂柔顺地与接触面进行接触,并精准地到达预期位置。此外,还对含摩擦接触面进行了模拟,证明该控制策略能够实时调整驱动力大小,使机械臂能够精准跟踪预期轨迹。更多还原