內容簡介
前言/序言資源下載版權資訊本書基於作者多年來承擔國家重大型號工程及其他國家級項目取得的研究成果，對空間機器人相關理論和方法進行系統、深入的論述，包括運動學及動力學建模、耦合特性、參數辨識、非完整路徑規劃、動力學奇異迴避、非合作目標測量、自主捕獲控制、協調控制、仿真及實驗驗證等。本書理論與實際緊密結合，對於太空飛行器維修維護、空間站建設、太空垃圾清理等所涉及的空間機器人技術具有很強的支撐作用。
本書可作為高等院校相關專業研究生和高年級本科生的教材，也可供從事空間機器人技術研究及套用的研發人員及工程技術人員參考。
圖書目錄
第1章空間機器人發展現狀及趨勢
1.1引言
1.2空間機器人的概念及分類
1.3空間機器人需求分析
1.3.1頻繁的衛星失效導致了巨大的經濟損失
1.3.2不斷增長的軌道垃圾嚴重影響正常衛星的安全
1.3.3大型空間設施的建設與維護需求越來越緊迫
1.3.4新型空間技術對在軌服務的推動
1.3.5空間機器人代替太空人是未來在軌服務的必然
1.3.6空間機器人在軌服務內容
1.4載人太空飛行器機械臂國內外發展現狀
1.4.1太空梭機器人SRMS
1.4.2國際空間站機器人
1.4.2.1空間站移動服務系統
1.4.2.2日本實驗艙遙控機械臂系統
1.4.2.3歐洲機械臂系統
1.4.3中國的艙外自由移動機器人系統EMR
1.4.4中國的空間站機器人系統
1.5自由飛行空間機器人國內外發展現狀
1.5.1已成功在軌演示的自由飛行空間機器人
1.5.2美國的空間機器人技術發展分析
1.5.2.1軌道快車
1.5.2.2機器人燃料加注實驗
1.5.2.3FREND項目
1.5.2.4“鳳凰”計畫
1.5.2.5大型望遠鏡及空間結構在軌服務計畫
1.5.2.6太空服務基地計畫
1.5.2.7在軌製造計畫
1.5.2.8美國在軌服務發展小結
1.5.3日本的空間機器人技術發展分析
1.5.4德國的空間機器人技術發展分析
1.5.5歐洲空間局的空間機器人技術發展分析
1.5.6加拿大的空間機器人技術發展分析
1.5.7中國的空間機器人技術發展分析
1.6空間機器人技術發展趨勢分析
1.7小結
參考文獻
第2章機器人運動學基礎
2.1引言
2.2剛體的位置和姿態
2.2.1剛體位置的描述
2.2.2剛體姿態的描述
2.2.2.1旋轉變換矩陣表示法
2.2.2.2歐拉角表示法
2.2.2.3歐拉軸角表示
2.2.2.4單位四元數表示法
2.2.2.5小角度下的姿態表示
2.2.2.6各種姿態表示的優缺點分析
2.2.3齊次坐標與齊次變換
2.3剛體的運動
2.3.1剛體的一般運動
2.3.2剛體的姿態運動學
2.3.2.1旋轉變換矩陣表示下的姿態運動
2.3.2.2歐拉角表示法
2.3.2.3歐拉軸角表示
2.3.2.4單位四元數表示
2.3.3姿態奇異條件分析
2.3.3.1姿態奇異條件及特性分析
2.3.3.2第Ⅰ類歐拉角的奇異分析
2.3.3.3第Ⅱ類歐拉角的奇異分析
2.4機械臂狀態描述
2.4.1關節狀態變數與關節速度
2.4.2末端位姿與末端速度
2.4.3關節空間與任務空間
2.5機械臂運動學正問題和逆問題
2.6位置級運動學問題
2.6.1平面2連桿機械臂位置級正運動學舉例
2.6.2平面2連桿機械臂位置級逆運動學舉例
2.7機器人連桿坐標系建立的DH法
2.7.1經典DH表示法
2.7.1.1DH坐標系與DH參數
2.7.1.2各連桿DH坐標系建立的步驟
2.7.1.3基於DH參數的齊次變換矩陣
2.7.2改造後的DH表示法
2.8典型構型機械臂的解析運動學求解
2.8.13DOF擬人肘機械臂
2.8.1.13DOF擬人肘機械臂正運動學方程
2.8.1.23DOF擬人肘機械臂逆運動學方程
2.8.23DOF球腕機械臂
2.8.2.13DOF球腕機械臂正運動學方程
2.8.2.23DOF球腕機械臂逆運動學方程
2.8.36DOF腕部分離機械臂
2.8.3.16DOF腕部分離機械臂正運動學方程
2.8.3.26DOF腕部分離機械臂逆運動學方程
2.9小結
參考文獻
第3章機器人微分運動學與奇異分析基礎
3.1引言
3.2機器人的速度級運動學
3.2.1速度級運動學方程
3.2.2機器人的微分運動
3.2.2.1採用6D狀態變數描述末端位姿時
3.2.2.2採用齊次變換矩陣描述末端位姿時
3.2.3速度級運動學舉例
3.2.3.1平面2連桿機械臂速度級正運動學舉例
3.2.3.2平面2連桿機械臂速度級逆運動學舉例
3.3機器人的加速度級微分運動學
3.3.1加速度級運動學方程
3.3.2加速度級運動學舉例
3.3.2.1平面2連桿機械臂加速度級正運動學舉例
3.3.2.2平面2連桿機械臂加速度級逆運動學舉例
3.4雅可比矩陣的計算方法
3.4.1不同坐標系表示下的雅可比矩陣的關係
3.4.2利用各關節位姿齊次變換矩陣
3.4.3根據末端位姿矩陣直接微分
3.5雅可比矩陣計算實例
3.5.1擬人的3DOF肘機械臂
3.5.23DOF球腕機械臂
3.5.36DOF腕部分離機械臂
3.6典型運動學奇異臂型分析
3.6.13DOF擬人肘機械臂
3.6.1.1奇異條件確定
3.6.1.2奇異臂型與運動退化分析
3.6.23DOF球腕機械臂
3.6.36DOF腕部分離機械臂
3.6.3.1腕部運動的分解
3.6.3.2奇異條件的確定
3.7基於微分運動學的通用逆運動學求解方法
3.7.1算法原理
3.7.2算法流程
3.7.3算法舉例
3.8小結
參考文獻
第4章機器人動力學基礎
4.1引言
4.2動力學建模的基本原理
4.2.1歐拉方程
4.2.1.1剛體動量矩
4.2.1.2歐拉力矩方程
4.2.2達朗貝爾原理
4.2.3虛位移原理
4.2.3.1廣義坐標
4.2.3.2虛位移原理
4.2.3.3廣義力
4.2.4拉格朗日方程
4.2.4.1僅考慮動能情況下
4.2.4.2僅考慮勢能情況下
4.2.4.3一般拉格朗日方程
4.3機器人動力學基礎
4.3.1拉格朗日方法
4.3.1.1連桿的動能
4.3.1.2連桿的勢能
4.3.1.3拉格朗日動力學方程
4.3.1.4拉格朗日動力學方程舉例
4.3.2牛頓歐拉法
4.3.2.1力和力矩的遞推關係式
4.3.2.2遞推的牛頓歐拉動力學算法
4.4小結
參考文獻
第5章空間機器人感知
5.1引言
5.2空間機器人基座姿態敏感器
5.2.1陀螺
5.2.2星敏感器
5.2.2.1工作原理
5.2.2.2主要技術指標
5.2.3太陽敏感器
5.2.4紅外地球敏感器
5.2.5典型姿態測量部件組成及姿態確定算法設計
5.2.5.1GNC分系統的組成
5.2.5.2姿態確定算法
5.3機器人關節位置檢測
5.3.1電位計
5.3.2旋轉變壓器
5.3.3光電編碼器
5.3.3.1增量式光電編碼器
5.3.3.2絕對式光電編碼器
5.4機器人力/力矩感知
5.5機器人視覺
5.5.1相機成像模型
5.5.2單目視覺與位姿測量
5.5.2.1單目視覺系統與PnP算法
5.5.2.2常用的P3P問題及其求解
5.5.3雙目視覺系統與立體匹配
5.6天基目標測量敏感器
5.6.1天基目標分類
5.6.2國內外套用情況分析
5.6.3天基目標測量敏感器簡介
5.6.3.1微波測距儀
5.6.3.2雷射測距儀
5.6.3.3差分GPS(RGPS)
5.6.3.4光學測角相機
5.6.3.5寬視場測量相機
5.6.3.6窄視場成像相機
5.6.3.7交會測量相機
5.6.3.8典型目標測量設備配置方案
5.7天基目標測量方案舉例
5.7.1GEO非合作太空飛行器在軌救援任務設計
5.7.1.1在軌接近任務
5.7.1.2繞飛監測任務
5.7.1.3停靠與抓捕
5.7.1.4在軌修復
5.7.2天基目標測量分系統配置方案
5.7.3GNC算法設計
5.7.3.1制導律的要求
5.7.3.2控制的要求
5.7.3.3導航的要求
5.8小結
參考文獻
第6章空間機器人運動學建模
6.1引言
6.2符號及坐標系定義
6.3位置級運動學方程
6.3.1位置級正運動學方程
6.3.1.1位置級正運動學方程一般式
6.3.1.2空間機器人的正運動學方程舉例
6.3.2位置級逆運動學方程
6.3.2.1空間機器人系統逆運動學方程解的存在性討論
6.3.2.2基座位姿已知時的逆運動學方程求解
6.3.2.3僅基座姿態已知但系統不受外力時的逆運動學方程求解
6.4微分運動學方程
6.4.1速度級正運動學方程
6.4.1.1空間機器人一般運動方程
6.4.1.2空間機器人系統線動量和角動量
6.4.1.3基座位姿穩定時的運動學方程
6.4.1.4基座姿態受控模式的運動學方程
6.4.1.5自由漂浮模式的運動學方程
6.4.2速度級逆運動學方程
6.4.2.1一般情況下的逆運動學方程
6.4.2.2基座位姿固定時的逆運動學方程
6.4.2.3基座姿態受控、系統不受外力時的運動學方程
6.4.2.4自由漂浮模式的逆運動學方程與動力學奇異
6.4.3平面2連桿空間機器人系統運動學方程舉例
6.4.3.1位置關係
6.4.3.2一般運動方程
6.4.3.3基座位姿固定模式下的運動學方程
6.4.3.4基座姿態受控模式下的運動學方程
6.4.3.5自由飄浮模式下的運動學方程
6.4.3.6平面空間機器人PIW與PDW的分析
6.4.4平面3連桿空間機器人系統運動學方程舉例
6.4.4.1位置關係
6.4.4.2一般運動方程
6.4.4.3基座位姿固定模式下的運動學方程
6.4.4.4基座姿態受控模式下的運動學方程
6.4.4.5自由飄浮模式下的運動學方程
6.5虛擬機械臂建模及其套用
6.5.1基於虛擬機械臂的運動學建模
6.5.2工作空間分析
6.5.2.1空間機器人工作空間類型
6.5.2.2平面空間機器人系統示例
6.5.3基於虛擬機械臂的逆運動學求解
6.6小結
參考文獻
第7章空間機器人動力學建模
7.1引言
7.2空間機器人通用動力學建模方法
7.2.1拉格朗日法
7.2.1.1空間機器人系統的動能
7.2.1.2空間機器人的拉格朗日動力學方程
7.2.1.3自由漂浮空間機器人動力學方程
7.2.2平面單連桿空間機器人動力學方程舉例
7.2.3平面雙連桿空間機器人動力學方程舉例
7.3動力學等價機械臂建模
7.3.1不受外力作用下空間機器人系統動力學建模
7.3.2關節1為球關節時的固定基座機械臂動力學
7.3.3動力學等價機械臂(DEM)及其與SM的等價性
7.3.3.1動力學等價機械臂的定義
7.3.3.2SM與DEM的運動學等價
7.3.3.3SM與DEM的動力學等價
7.3.3.4仿真驗證
7.4多領域統一建模方法
7.4.1非因果建模思想
7.4.1.1因果建模的局限性
7.4.1.2非因果建模
7.4.2空間機器人系統的多領域功能模組劃分
7.4.3單臂空間機器人系統多領域統一建模
7.4.3.1空間機器人機構部分的建模
7.4.3.2機械臂關節軸的建模
7.4.3.3機械臂路徑規劃器(PathPlanning)
7.4.3.4基座姿態控制執行機構的建模
7.4.3.5姿態及軌道控制器
7.4.4多臂空間機器人系統的多領域統一建模
7.4.5仿真研究
7.4.5.1單臂空間機器人操作的多領域統一仿真
7.4.5.2雙臂空間機器人操作的多領域統一仿真
7.5小結
參考文獻
第8章空間機器人系統動力學耦合
8.1引言
8.2基於速度級運動學的動力學耦合建模及分析
8.2.1自由漂浮狀態下的動量守恆
8.2.2關節與基座的耦合運動
8.2.3末端與基座的耦合運動
8.2.4動力學耦合測度
8.3空間機器人混合動力學耦合分析
8.3.1耦合運動分解
8.3.2基座質心耦合的位置級建模
8.3.2.1質心等效機械臂BCVM
8.3.2.2基座質心的耦合運動
8.3.3基座姿態耦合的速度級建模
8.3.3.1角動量守恆
8.3.3.2基座姿態的耦合運動
8.3.4動力學耦合因子
8.3.4.1基座質心的位置級耦合
8.3.4.2基座姿態的速度級耦合
8.3.4.3實例分析
8.4混合法與速度級建模方法的比較
8.4.1速度級動力學耦合建模方法
8.4.2混合動力學耦合建模
8.4.3兩種動力學耦合對比分析
8.5基於混合方法的動力學耦合分析
8.5.1不同負載質量對動力學耦合的影響
8.5.1.1基座質心位置的耦合分析
8.5.1.2基座姿態的耦合分析
8.5.2安裝角對動力學耦合的影響
8.5.2.1基座質心位置的耦合分析
8.5.2.2基座姿態的耦合分析
8.6混合動力學耦合因子的套用
8.6.1減小擾動的規劃方法
8.6.1.1幾種負載下關節到基座的擾動等高線
8.6.1.2幾種負載下末端到基座的擾動等高線
8.6.2未知目標捕獲後的魯棒控制方法
8.6.2.1建立跟蹤誤差狀態方程
8.6.2.2H∞魯棒控制器的設計
8.6.2.3MATLAB仿真分析
8.7本章小結
參考文獻
第9章空間機器人系統參數在軌辨識
9.1引言
9.2傳統太空飛行器的動力學參數辨識
9.2.1坐標系定義及動力學建模
9.2.2參數解耦的最小二乘法辨識方法
9.2.2.1基於動量守恆的太空飛行器轉動慣量的辨識
9.2.2.2基於推力控制的質量和質心位置辨識
9.2.3基於PSO的太空飛行器質量特性辨識方法
9.2.3.1參數辨識與非線性系統最佳化
9.2.3.2基於PSO的辨識方法
9.2.4仿真研究
9.2.4.1動力學仿真模型參數
9.2.4.2參數解耦最小二乘法辨識仿真
9.2.4.3基於PSO最佳化方法的質量特性辨識仿真
9.2.4.4兩種方法的比較分析
9.3基於等效單體及等效雙體的動力學參數辨識方法
9.3.1空間機器人系統建模
9.3.1.1空間機器人運動學方程
9.3.1.2線動量與角動量方程
9.3.2參數辨識思路及流程
9.3.2.1等效單體系統辨識
9.3.2.2等效雙體系統辨識
9.3.2.3各個剛體動力學參數辨識
9.3.3等效單體系統辨識方法
9.3.4等效雙體系統辨識方法
9.3.4.1運動方程
9.3.4.2動力學參數辨識的目標函式
9.3.5基於最佳化算法求解動力學參數
9.3.6仿真研究
9.3.6.1六自由度空間機器人
9.3.6.2推進器分布
9.3.6.3等效質量參數辨識結果
9.3.6.4各個體的辨識結果
9.3.7誤差及參數敏感性分析
9.3.7.1動力學參數辨識結果誤差分析
9.3.7.2慣性參數敏感度分析
9.4小結
參考文獻
第10章空間機械臂路徑規劃
10.1引言
10.2機器人規劃的基本概念
10.2.1機器人規劃的層次劃分
10.2.2機器人的軌跡規劃
10.2.3機器人的路徑規劃與控制的關係
10.3關節空間路徑規劃
10.3.13次多項式插值
10.3.25次多項式插值
10.3.3用拋物線擬合的線性插值
10.3.43次樣條插值
10.3.5梯形速度插值
10.4笛卡兒空間路徑規劃
10.4.1基於位置級求逆的笛卡兒空間路徑規劃
10.4.2基於速度級求逆的笛卡兒空間路徑規劃
10.4.3基於驅動函式的笛卡兒直線路徑規劃
10.4.3.1基於驅動變換的直線路徑規劃描述
10.4.3.2驅動變換矩陣的確定
10.4.3.3基於驅動變換矩陣的笛卡兒直線路徑規劃與改進
10.5路徑規劃仿真
10.5.1仿真模型
10.5.2關節空間路徑規劃仿真
10.5.3笛卡兒空間路徑規劃仿真
10.5.3.1笛卡兒點到點規劃仿真
10.5.3.2基於速度級逆運動學的笛卡兒多結點規劃仿真
10.5.3.3基於驅動函式的笛卡兒直線路徑規劃仿真
10.6小結
參考文獻
第11章自由漂浮空間機器人非完整路徑規劃
11.1引言
11.2空間機器人非完整路徑規劃問題
11.2.1非完整路徑規劃的依據
11.2.2主要規劃方法
11.2.2.1關節空間周期運動法
11.2.2.2基於Lyaponov函式的雙向搜尋法
11.2.2.3基於增強擾動圖(EDM)及反作用零空間的路徑規劃方法
11.2.2.4基於螺旋運動的路徑規劃方法
11.3基於遺傳算法的非完整路徑規劃方法
11.3.1系統狀態變數
11.3.2關節函式參數化
11.3.3目標函式的定義
11.3.3.1關節角速度及角加速度不受限制的情況
11.3.3.2關節角速度及角加速度受限制的情況
11.3.3.3基座姿態受限的情況
11.3.4基於遺傳算法的路徑規劃問題求解
11.3.4.1遺傳算法的簡單回顧
11.3.4.2基於遺傳算法的規劃問題求解步驟
11.3.5仿真研究
11.3.5.1關節角速度及角加速度不受限制的情況
11.3.5.2關節角速度及角加速度受限制的情況
11.3.5.3基座姿態受限的情況
11.4目標的停靠與基座姿態重穩定
11.4.1目標捕獲
11.4.2動力學參數辨識
11.4.3捕獲後目標的停靠與基座姿態的重穩定
11.5空間機器人笛卡兒路徑規劃問題
11.5.1問題描述
11.5.2空間機器人笛卡兒路徑規劃中的特殊問題
11.5.2.1動力學奇異
11.5.2.2空間機器人的路徑相關工作空間與路徑無關工作空間
11.6空間機器人笛卡兒點到點路徑規劃
11.6.1點到點路徑規劃問題
11.6.2關節函式參數化
11.6.3關節函式的歸一化
11.6.4路徑規劃問題的求解
11.6.4.1算法流程
11.6.4.2賦初值的一般準則
11.6.5仿真研究
11.7空間機器人笛卡兒連續路徑規劃
11.7.1笛卡兒空間連續位姿跟蹤
11.7.1.1末端運動速度規劃
11.7.1.2機械臂關節運動規劃
11.7.1.3笛卡兒直線路徑跟蹤舉例
11.7.2基座姿態無擾動的笛卡兒路徑規劃
11.7.2.1基座姿態無擾動的笛卡兒路徑規劃方法
11.7.2.2基座姿態無擾動位置跟蹤仿真研究
11.7.2.3基座姿態無擾動姿態跟蹤仿真研究
11.7.3基座姿態調整的笛卡兒路徑規劃
11.7.3.1基座姿態調整的笛卡兒路徑規劃方法
11.7.3.2基座姿態調整的笛卡兒位置跟蹤仿真研究
11.7.3.3基座姿態調整的連續姿態跟蹤仿真研究
11.8小結
參考文獻
第12章空間機器人的運動學與動力學奇異迴避
12.1引言
12.2常用的空間6R機械臂
12.3太空飛行器參考坐標系下的奇異迴避
12.3.1腕部逆運動學方程及其分解
12.3.1.1腕部運動學方程
12.3.1.2速度級逆運動學方程的分解
12.3.2奇異條件分離
12.3.2.1前端奇異的分離
12.3.2.2腕部奇異的分離
12.3.3奇異迴避的逆運動學求解
12.3.3.1基於阻尼倒數的逆運動學
12.3.3.2阻尼係數對末端運動精度的影響分析
12.3.3.3與其他方法的比較
12.3.4奇異分離+阻尼倒數方法的推廣使用
12.3.4.1MOTOMANK10機器人運動學建模
12.3.4.2奇異條件分離
12.3.4.3奇異迴避路徑規劃方法的仿真研究
12.3.4.4奇異迴避路徑規劃方法的實驗研究
12.4慣性參考坐標系下的奇異迴避
12.4.1基座姿態受控時的奇異迴避
12.4.1.1基本方程
12.4.1.2典型的奇異條件
12.4.1.3仿真研究
12.4.2自由漂浮情況下的迴避奇異路徑規劃方法
12.4.2.1動力學奇異的特點
12.4.2.2實用的動力學奇異迴避算法
12.4.2.3仿真研究
12.5小結
參考文獻
第13章空間機器人目標捕獲的自主路徑規劃
13.1引言
13.2空間機器人系統參數與控制器結構
13.2.1空間機器人系統參數
13.2.2控制系統硬體體系結構
13.2.3控制系統軟體體系設計
13.2.3.1軟體總體說明
13.2.3.2軟體系統設計
13.3基於位置的自主路徑規劃
13.3.1主要流程
13.3.2位姿測量
13.3.3目標運動的預測
13.3.4空間機器人末端運動規劃
13.3.5空間機器人自主奇異迴避算法
13.3.6基座姿態擾動的預測及關節速度的自調整
13.4基於圖像的自主路徑規劃
13.4.1主要流程
13.4.2圖像特徵變化與末端位姿變化之間的關係
13.4.3目標運動的預測
13.4.3.1圖像特徵與相對位姿的非線性關係
13.4.3.2基於擴展Kalman濾波器的目標運動預測
13.4.4空間機器人末端運動規劃
13.4.5圖像雅可比矩陣奇異性的分析
13.4.5.13點游標圖像雅可比矩陣奇異性
13.4.5.24點以上游標圖像雅可比矩陣的奇異性
13.4.5.3本章的自主捕獲過程中圖像雅可比的奇異性分析
13.5空間機器人路徑規划算法的實驗研究
13.5.1基於位置的自主路徑規劃實驗
13.5.1.1相機內外參數的標定
13.5.1.2慣性空間靜止目標捕獲實驗
13.5.1.3慣性空間運動目標捕獲實驗
13.5.2基於圖像的自主路徑規劃實驗
13.5.2.1慣性空間靜止目標捕獲實驗
13.5.2.2慣性空間運動目標捕獲實驗
13.6基於位置及基於圖像自主路徑規劃方法比較
13.7小結
參考文獻
第14章典型非合作目標的位姿測量
14.1引言
14.2非合作目標在軌服務流程與自主識別問題
14.2.1典型GEO非合作目標在軌服務流程
14.2.2非合作目標可識別特徵的選擇
14.3基於立體視覺的帆板支架識別與位姿測量
14.3.1基於雙目視覺的非合作目標測量原理
14.3.2算法流程
14.3.3非合作目標測量實例
14.3.3.1幾何參數
14.3.3.2模擬圖像採集
14.3.3.3平滑濾波
14.3.3.4邊沿檢測
14.3.3.5直線提取
14.3.3.6三角形支架的識別與三邊中位線交點的提取
14.3.3.7特徵點3D重構及目標相對位姿計算
14.3.4仿真研究
14.4基於雙目協作相機的天線背板識別與位姿測量
14.4.1基於雙目協作相機的測量原理
14.4.2基於雙目協作相機的測量方法
14.4.2.1模擬圖像採集
14.4.2.2圖像處理
14.4.2.3矩形各邊的確定
14.4.2.4矩形頂點位置的解算
14.4.2.5位姿估計
14.4.3仿真研究
14.5基於立體視覺的GEO非合作目標的識別與位姿測量
14.5.1立體視覺系統及位姿測量算法
14.5.1.1立體視覺系統
14.5.1.2位姿測量算法
14.5.2仿真研究
14.5.2.1GEO在軌服務系統組成
14.5.2.2非合作目標位置測量算法的驗證
14.5.2.3最終接近段的全過程仿真
14.6小結
參考文獻
第15章空間機器人系統的協調控制
15.1引言
15.2不同操作任務的控制策略分析
15.2.1非捕獲任務的控制策略
15.2.2漂浮目標捕獲任務的控制策略
15.2.3具有協調控制功能的星載硬體系統設計
15.3基於前饋補償的協調控制
15.3.1空間機器人系統協調控制原理
15.3.1.1自由漂浮情況下機械臂運動對基座的擾動分析
15.3.1.2常規姿態控制下機械臂運動產生的擾動分析
15.3.1.3基於干擾力矩前饋補償的協調控制
15.3.1.4基於角動量前饋補償的協調控制
15.3.2機械臂運動產生的干擾角動量的實時估計
15.3.2.1空間機器人系統角動量的計算公式
15.3.2.2實時估計的近似計算公式
15.3.2.3角動量實時估計舉例
15.3.2.4負載平移或轉動產生的角動量比較
15.3.2.5不同程度補償的影響分析
15.3.3空間機器人系統協調控制律設計
15.3.3.1基於反作用飛輪的協調控制律
15.3.3.2基於噴氣推進器的協調控制實現
15.4空間機器人系統的協調規劃與控制
15.4.1運動目標自主交會與捕獲的協調規劃與控制問題
15.4.2運動目標最優交會與捕獲的協調規劃與控制方法
15.4.2.1基本思想與算法流程
15.4.2.2基座最優交會姿態的確定
15.4.2.3機械臂最佳捕獲臂型的確定
15.4.2.4基座姿態及機械臂關節角軌跡的規劃
15.4.2.5空間機器人系統的協調控制
15.4.3仿真研究
15.4.3.1仿真模型的建立
15.4.3.2直線運動目標的自主交會與捕獲仿真
15.4.3.3曲線運動目標的自主交會與捕獲仿真
15.5小結
附錄15A幾何法求解2DOF機械臂關節角
參考文獻
第16章空間機器人數學仿真與地面驗證系統
16.1引言
16.2空間機器人全數學建模與仿真系統
16.2.1基於Adams的空間機器人動力學建模
16.2.2利用MATLAB/Simulink建立的動力學仿真平台
16.2.2.1開發基於標準C語言的動力學計算函式
16.2.2.2將C語言動力學計算函式封裝為S函式
16.2.2.3基於Simulink的空間機器人系統閉環仿
16.2.2.3基於Simulink的空間機器人系統閉環仿真
16.2.3空間機器人視覺、動力學及GNC一體化仿真平台
16.2.3.1系統組成
16.2.3.23D幾何模型生成
16.2.3.3雙目相機成像模型
16.2.3.4圖像處理與位姿測量
16.2.3.5空間機器人路徑規劃與控制
16.2.3.6空間機器人系統及目標星的動力學建模
16.2.3.7立體相機標定
16.3空間機器人半物理仿真試驗系統
16.3.1系統功能與組成
16.3.1.1真實相機
16.3.1.2投影設備
16.3.1.3圖像生成計算機
16.3.1.4視覺伺服控制仿真計算機
16.3.2半物理仿真實驗系統的實現原理
16.3.2.1相機成像模型
16.3.2.2半物理仿真系統的投影等效原理
16.3.2.3等效投影模型的標定
16.3.3基於半物理仿真實驗系統的仿真實驗研究
16.3.3.1等效投影模型的標定結果
16.3.3.2空間機器人目標捕獲的半物理仿真
16.4空間機器人微重力模擬實驗方法及系統
16.4.1基於自由落體運動的微重力模擬實驗系統
16.4.2基於拋物線飛行的微重力模擬實驗系統
16.4.3平面氣浮式實驗系統
16.4.4水浮實驗系統
16.4.5吊絲配重實驗系統
16.4.6硬體在環內仿真實驗系統
16.5空間機器人目標捕獲地面實驗系統
16.5.1動力學模擬與運動學等效
16.5.2位置級的運動學等效
16.5.2.1模式Ⅰ的位置級運動學等效
16.5.2.2模式Ⅱ的位置級運動學等效
16.5.3速度級的運動學等效
16.5.3.1模式Ⅰ的速度級運動學等效
16.5.3.2模式Ⅱ的速度級運動學等效
16.5.4實現思想的數學仿真
16.5.4.1仿真的初始條件
16.5.4.2模式Ⅰ的仿真
16.5.4.3模式Ⅱ的仿真
16.5.4.4兩種模式的分析和比較
16.5.5空間機器人地面實驗系統的建立
16.5.5.1兩套工業機器人
16.5.5.2手眼視覺測量系統
16.5.5.3三維實時仿真系統
16.5.5.4目標星模擬器
16.5.5.5全局視覺系統
16.6小結
參考文獻
