空间机器人在轨操作动力学与控制

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 空间机器人简介 1
1.2 国内外相关领域研究现状 2
1.2.1 空间机器人研究现状 2
1.2.2 空间机器人动力学研究现状 5
1.2.3 空间机器人在轨操作控制研究现状 8
1.2.4 在轨捕获过程参数辨识研究现状 12
1.3 小结 15
第2章 空间机器人动力学建模 16
2.1 空间机器人运动学描述 16
2.1.1 刚体位置 16
2.1.2 刚体指向 16
2.1.3 旋转变换描述 19
2.2 空间多体系统动力学理论 24
2.2.1 牛顿-欧拉方法 24
2.2.2 空间算子代数方法 25
2.2.3 拉格朗日方法 36
2.3 空间机器人动力学模型 48
2.3.1 空间刚性机器人与漂浮目标动力学模型 49
2.3.2 空间柔性机器人动力学模型 50
2.4 小结 54
第3章 空间机器人在轨捕获动力学与控制 55
3.1 基于动态抓取域的捕获目标抓取策略 55
3.1.1 在轨捕获目标动力学 55
3.1.2 基于动态抓取域的抓取控制 59
3.2 在轨抓取目标过程的机械臂稳定控制 67
3.2.1 基于滑模控制的软硬性抓取 67
3.2.2 柔性机器人在轨抓取的姿态无扰振动抑制 71
3.2.3 抓取后稳定控制 78
3.3 绳索式末端捕获机构动力学建模与实验验证 82
3.3.1 绳索式末端执行器捕获原理 82
3.3.2 绳索机构捕获动力学建模 83
3.3.3 末端捕获实验与模型验证 96
3.4 空间机器人末端捕获策略与抓捕目标控制 104
3.4.1 绳索式末端执行器捕获策略 105
3.4.2 空间机器人抓捕目标柔顺控制 114
3.5 小结 128
第4章 空间机器人在轨装配过程动力学与控制 129
4.1 航天器在轨装配过程动力学 129
4.1.1 自由漂浮空间机器人动力学模型 129
4.1.2 装配过程碰撞动力学 132
4.1.3 抓捕过程动量守恒方程 138
4.1.4 空间机器人与目标耦合系统动力学模型 140
4.2 航天器模块更换过程动力学与控制 141
4.2.1 模块更换过程运动分析 141
4.2.2 机械臂运动轨迹规划 143
4.2.3 模块更换过程控制 145
4.2.4 模块更换过程动力学分析 147
4.3 小结 152
第5章 基于机器人柔性毛刷的空间翻滚目标消旋控制 154
5.1 空间翻滚目标运动分析与状态估计 154
5.1.1 空间翻滚目标动力学 154
5.1.2 系统模型和观测模型 162
5.1.3 容积卡尔曼滤波算法 164
5.1.4 空间翻滚目标状态估计 170
5.2 柔性减速刷机器人动力学建模 176
5.2.1 绳索动力学建模 177
5.2.2 接触碰撞动力学建模 180
5.2.3 机器人动力学模型 181
5.3 空间翻滚目标消旋策略 186
5.3.1 消旋机理 186
5.3.2 消旋策略 188
5.3.3 性能指标 189
5.4 空间机器人自主消旋控制 190
5.4.1 空间机器人自主消旋规划 190
5.4.2 空间机器人自主消旋控制 194
5.4.3 自旋目标消旋控制 206
5.4.4 章动目标消旋控制 211
5.5 小结 216
第6章 带负载的空间柔性冗余机械臂轨迹跟踪控制 217
6.1 冗余自由度机械臂动力学与控制 217
6.1.1 冗余机械臂控制算法 217
6.1.2 基于空间算子代数的雅可比矩阵递推算法 219
6.2 基体任务空间轨迹跟踪及定点振动控制 220
6.2.1 基于自运动优化抑振的轨迹跟踪控制 220
6.2.2 空载下轨迹跟踪及定点振动抑制 222
6.2.3 带负载下轨迹跟踪及定点振动抑制 231
6.3 惯性任务空间轨迹跟踪及定点振动控制 236
6.3.1 基于增广变量的惯性操作空间控制 236
6.3.2 空间冗余机械臂惯性空间运动与振动控制 238
6.4 带负载的柔性机械臂自适应控制 242
6.4.1 冗余机械臂动力学模型 243
6.4.2 计算力矩控制方法 244
6.4.3 带不确定负载的柔性机械臂自适应控制 246
6.5 小结 252
第7章 空间机器人在轨操作目标惯性参数辨识 254
7.1 被抓取目标的惯性参数在线辨识方法 254
7.1.1 惯性参数 255
7.1.2 辨识方法 255
7.1.3 基于*小二乘法的在线参数估计 260
7.2 参数辨识扰动误差分析方法 262
7.2.1 *小二乘问题 262
7.2.2 矩阵行满秩的条件 265
7.2.3 线性*小二乘问题的扰动分析 266
7.3 平面和空间抓取过程的目标惯性参数辨识 267
7.3.1 平面抓取参数辨识 267
7.3.2 空间抓取参数辨识 271
7.4 小结 277
参考文献 278