双臂机器人在轨操控动力学建模与协同控制

【作者】 彭思淇； 张慧博； 姚金铭； 赵阳；

【机构】 哈尔滨工业大学航天学院； 哈尔滨工程大学机电工程学院；

【摘要】 在轨双臂机器人系统对动力学模型精确度、控制能力实时性提出了高标准的要求。其中,在轨协同操控过程中运动控制高刚度与接触控制高柔性的矛盾、以及高精动力学模型带来的巨大计算量是限制当前控制算法在轨应用的主要难题。面向双臂机器人在轨操控的高效计算需求,建立基于子系统的递推双臂机器人动力学模型。通过递推逆运动学模型和链式法得到正动力学模型,并考虑柔性关节耦合力矩效应建立高阶子系统柔性臂动力学方程。面向双臂机器人在轨操控的实时控制需求,提出一种双环阻抗协同控制方法。首先,利用外环阻抗的自适应实现操控目标与刚度不确定环境期望交互力的稳定跟踪。其次,将基于虚拟分解的控制法嵌入到内环阻抗环节,有效避免了内环阻抗对系统动力学模型的依赖。仿真验证表明递推动力学模型和双环阻抗控制法,不仅能够满足在轨高效计算与实时控制需求,并且有效改善了控制算法对系统高阶状态反馈的依赖问题。更多还原