本發(fā)明屬于空間技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)：

故障航天器在軌維修、失效衛(wèi)星拯救、廢棄衛(wèi)星減緩回收等已成為航天技術(shù)發(fā)展面對和待解決的現(xiàn)實(shí)問題，無人空間機(jī)器人是解決這些問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于故障航天器一般不具備專門的合作機(jī)構(gòu)，且往往處于自旋或翻滾狀態(tài)，針對此類非合作目標(biāo)的交會對接/捕獲技術(shù)是未來自主在軌服務(wù)發(fā)展的重要方向。

空間操作任務(wù)的最重要的階段之一是接觸碰撞階段。在捕獲具有較高角速度和較大慣量載荷時(shí)，抓捕手不可避免地與目標(biāo)發(fā)生接觸碰撞甚至激振等行為，碰撞力會給空間機(jī)器人系統(tǒng)加載額外的動量，造成系統(tǒng)姿態(tài)失穩(wěn)，甚至是機(jī)械臂或抓捕機(jī)構(gòu)的破壞等。此外，空間機(jī)器人是動基座系統(tǒng)，與固定基座機(jī)械臂相比，空間機(jī)器人抓捕過程動力學(xué)的最大特點(diǎn)是機(jī)械臂與基座之間存在著嚴(yán)重的動力學(xué)耦合，即機(jī)械臂運(yùn)動會對基座產(chǎn)生反作用力和力矩，從而改變基座的位姿。為了克服機(jī)械臂運(yùn)動對基座姿態(tài)的擾動，基于噴氣裝置的位姿控制是非常必要的。

空間機(jī)器人動力學(xué)特有的高度非線性、強(qiáng)耦合及非完整約束等特點(diǎn)，使得系統(tǒng)的控制算法設(shè)計(jì)遇到許多獨(dú)特困難。將碰撞視為沖擊力，基于碰撞前后的動量守恒關(guān)系，給出了一些減小碰撞沖擊或?qū)藨B(tài)影響最小的控制方法，如反作用零空間方法，偏置角動量方法等。為解決機(jī)械臂末端與目標(biāo)在接觸碰撞過程中的動態(tài)耦合問題，給出了一些阻抗匹配控制方法。為解決基座姿態(tài)的穩(wěn)定問題，給出了基于角動量補(bǔ)償?shù)男潜蹍f(xié)調(diào)控制方法。目前的這些方法主要關(guān)注基座不受控的自由漂浮模式，忽略了抓捕過程的復(fù)雜接觸碰撞過程，只適用于短暫的抓取過程，時(shí)間過長會導(dǎo)致機(jī)械臂奇異，以及造成基座姿態(tài)大范圍變化，而無法滿足通訊設(shè)備對地定向和太陽翼對日定向的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法，在實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的穩(wěn)定抓捕的同時(shí)保證了基座的穩(wěn)定性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法，包括：

根據(jù)動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)方程，建立面向控制的空間機(jī)器人模型；

根據(jù)所述面向控制的空間機(jī)器人模型，建立機(jī)械臂柔順抓捕控制律；

確定基于基座噴氣裝置的基座位姿控制律；

根據(jù)所述機(jī)械臂柔順抓捕控制律，建立機(jī)械臂柔順控制回路；

根據(jù)所述基座位姿控制律和PSR偽速率脈沖調(diào)制器，建立基座位姿控制回路；

將所述機(jī)械臂柔順控制回路和基座位姿控制回路計(jì)算得到的控制量分別作為空間機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械臂和基座噴氣裝置的控制輸入；同時(shí)，將基座的控制力作為前饋項(xiàng)，輸入給機(jī)械臂控制律，以補(bǔ)償基座控制對機(jī)械臂末端柔順控制的干擾。

在上述空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法中，所述根據(jù)動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)方程，建立面向控制的空間機(jī)器人模型，包括：

將空間機(jī)器人系統(tǒng)作為典型多體結(jié)構(gòu)，根據(jù)空間機(jī)器人系統(tǒng)的自由度，應(yīng)用第二類拉格朗日方程，得到如下動力學(xué)方程：

其中，H_b∈R^6×6，表示基座慣性矩陣；H_m∈R^6×6，表示機(jī)械臂慣性矩陣；H_bm∈R^6×n，表示基座與機(jī)械臂的耦合慣性矩陣；c_b∈R⁶，表示基座非線性項(xiàng)；c_m∈Rⁿ，表示機(jī)械臂非線性項(xiàng)；F_b∈R⁶，表示基座噴氣裝置作用在基座質(zhì)心上的力和力矩；τ∈Rⁿ，表示機(jī)械臂的關(guān)節(jié)力矩；x_b∈R⁶，表示基座的位姿；φ∈Rⁿ，表示機(jī)械臂的關(guān)節(jié)角；

消去基座運(yùn)動方程，對上述動力學(xué)方程(1)進(jìn)行整理，得到：

其中，H^*∈R^n×n為廣義慣性矩陣；

c^*和定義如下：

相對于基座質(zhì)心，系統(tǒng)的線動量和角動量為：

其中，P₀表示線動量，L₀表示角動量；

機(jī)械臂末端速度與基座速度、機(jī)械臂關(guān)節(jié)角速度的運(yùn)動學(xué)關(guān)系如下：

其中，x_h表示機(jī)械臂末端位姿；J_b∈R^6×6，表示基座雅克比矩陣；J_m∈R^6×n，表示機(jī)械臂雅克比矩陣；

將上述式(6)代入式(7)，可得：

其中，J^*∈R^6×n為廣義雅克比矩陣，定義如下：

定義中間變量

在上述空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法中，所述根據(jù)所述面向控制的空間機(jī)器人模型，建立機(jī)械臂柔順抓捕控制律，包括：

根據(jù)機(jī)械臂末端相對于慣性系的動態(tài)穩(wěn)定性，以及抓捕機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角速度，結(jié)合面向控制的空間機(jī)器人模型，定義期望動態(tài)特性：

其中，M_i∈R^6×6，表示質(zhì)量陣，D_i∈R^6×6，表示阻尼陣，K_i∈R^6×6，表示剛度陣，Δx_h表示機(jī)械臂末端在慣性系下的位姿相對于參考點(diǎn)的攝動量；T_s表示抓捕機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角速度的閉環(huán)時(shí)間常數(shù)，表示期望角速度；

根據(jù)式(11)和式(12)，建立機(jī)械臂柔順抓捕控制律：

在上述空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法中，所述根據(jù)機(jī)械臂末端相對于慣性系的動態(tài)穩(wěn)定性，以及抓捕機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角速度，結(jié)合面向控制的空間機(jī)器人模型，定義期望動態(tài)特性，包括：

對式(8)微分得到：

定義中間變量v，令

將式(14)代入式(2)，得：

定義中間變量f，令

其中，S_n＝[0,0,...,0,1]∈R^1×n；

根據(jù)式(13)可得：

令

則，得到表征期望動態(tài)特性的式(11)和式(12)。

在上述空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法中，所述基座位姿控制律如下：

其中，Δx_b表示基座在慣性系下的位姿相對于參考點(diǎn)r的攝動量，K_P為比例控制增益，K_i為積分控制增益，K_D為微分控制增益，Δx_b＝r-x_b。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明將空間機(jī)器人作為一個(gè)完整系統(tǒng)，給出了星-臂-抓捕機(jī)構(gòu)的柔順抓捕與協(xié)調(diào)控制方法，實(shí)現(xiàn)了對自旋或翻滾非合作目標(biāo)的抓捕前、抓捕過程中的完整控制功能。從基座-機(jī)械臂-目標(biāo)的整體層面出發(fā)，開展機(jī)械臂柔順抓捕與基座姿態(tài)的協(xié)調(diào)控制，在實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的穩(wěn)定抓捕的同時(shí)保證了基座的穩(wěn)定性。

其次，既保證了機(jī)械臂和抓捕機(jī)構(gòu)對目標(biāo)的抓捕穩(wěn)定性，又保證了基座載荷的定向需求。

再次，實(shí)現(xiàn)了抓捕機(jī)構(gòu)起旋、抓捕手抓合攏、碰撞、拉緊、鎖死過程中的柔順控制，既保證了碰撞前、碰撞過程中，機(jī)械臂末端相對于慣性控制的類似于質(zhì)量-阻尼-彈簧系統(tǒng)的柔順特性，又實(shí)現(xiàn)了空間機(jī)器人系統(tǒng)對碰撞能量輸入的緩沖能力。

此外，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂與基座的協(xié)調(diào)控制。在實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在復(fù)雜接觸碰撞過程中的柔順特性的同時(shí)補(bǔ)償了抓捕過程中的碰撞力給空間機(jī)器人系統(tǒng)加載的額外動量，實(shí)現(xiàn)了基座位姿相對于慣性控制的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中一種空間機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中一種空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法的步驟流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中一種基座與機(jī)械臂的柔順與協(xié)調(diào)控制的控制示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中一種基座噴氣裝置的控制回路的示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中一種PSR偽速率脈沖調(diào)制器的工作原理圖；

圖6a是機(jī)械臂關(guān)節(jié)角變化量的仿真結(jié)果示意圖；

圖6b是基座位姿變化量的仿真結(jié)果示意圖；

圖6c是抓捕機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速的仿真結(jié)果示意圖；

圖6d是機(jī)械臂末端位姿變化量的仿真結(jié)果示意圖；

圖6e是抓捕手抓與目標(biāo)的碰撞力的仿真結(jié)果示意圖；

圖6f是基座噴氣裝置作用在基座質(zhì)心上的力和力矩的仿真結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明公共的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

針對空間機(jī)器人在軌抓取自旋或翻滾非合作目標(biāo)的控制問題，本發(fā)明給出了一種基座-臂-抓捕機(jī)構(gòu)的柔順抓捕與協(xié)調(diào)控制方法。通過本實(shí)施例所述的控制方法，在空間機(jī)器人抓捕目標(biāo)的碰撞前和碰撞過程中，可以實(shí)現(xiàn)抓捕機(jī)構(gòu)相對于目標(biāo)角速度方向的起旋控制，機(jī)械臂末端相對于慣性空間的類似于質(zhì)量-阻尼-彈簧系統(tǒng)的柔順特性，以及基座相對于慣性空間的位姿穩(wěn)定性。參照圖1，示出了本發(fā)明實(shí)施例中一種空間機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。在本實(shí)施例中，所述空間機(jī)器人系統(tǒng)包括：基座、機(jī)械臂和抓捕機(jī)構(gòu)。其中，基座配置有基座噴氣裝置，用于實(shí)現(xiàn)位置和姿態(tài)的穩(wěn)定；抓捕機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)械臂末端，用于實(shí)現(xiàn)對自旋或翻滾目標(biāo)的抓捕。

在本實(shí)施例中，通過系統(tǒng)測量可以得到的參數(shù)至少包括：基座的位置、姿態(tài)、速度和角速度，以及機(jī)械臂各個(gè)驅(qū)動關(guān)節(jié)的角位置和角速度?？紤]到在復(fù)雜碰撞過程中的測量誤差和噪聲，在本實(shí)施例中，控制反饋不采用力和力矩傳感器。

參照圖2，示出了本發(fā)明實(shí)施例中一種空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法的步驟流程圖。在本實(shí)施例中，所述空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制方法，包括：

步驟101，根據(jù)動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)方程，建立面向控制的空間機(jī)器人模型。

在本實(shí)施例中，為進(jìn)行控制算法的推導(dǎo)，給出了空間機(jī)器人的動力學(xué)與運(yùn)動學(xué)方程。將抓捕機(jī)構(gòu)考慮為機(jī)械臂的末端執(zhí)行器，空間機(jī)器人系統(tǒng)為典型的多體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，機(jī)械臂的自由度為n，第n個(gè)自由度為抓捕機(jī)構(gòu)的根部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。基座的自由度為6，整個(gè)空間機(jī)器人系統(tǒng)共有n+6個(gè)自由度，應(yīng)用第二類拉格朗日方程，得到如下動力學(xué)方程：

其中，H_b∈R^6×6，表示基座慣性矩陣；H_m∈R^6×6，表示機(jī)械臂慣性矩陣；H_bm∈R^6×n，表示基座與機(jī)械臂的耦合慣性矩陣；c_b∈R⁶，表示基座非線性項(xiàng)；c_m∈Rⁿ，表示機(jī)械臂非線性項(xiàng)；F_b∈R⁶，表示基座噴氣裝置作用在基座質(zhì)心上的力和力矩；τ∈Rⁿ，表示機(jī)械臂的關(guān)節(jié)力矩；x_b∈R⁶，表示基座的位姿；φ∈Rⁿ，表示機(jī)械臂的關(guān)節(jié)角。

消去基座運(yùn)動方程，對上述動力學(xué)方程(1)進(jìn)行整理，得到：

其中，H^*∈R^n×n為廣義慣性矩陣；

c^*和定義如下：

相對于基座質(zhì)心，系統(tǒng)的線動量和角動量為：

其中，P₀表示線動量，L₀表示角動量。

機(jī)械臂末端速度與基座速度、機(jī)械臂關(guān)節(jié)角速度的運(yùn)動學(xué)關(guān)系如下：

其中，x_h表示機(jī)械臂末端位姿；J_b∈R^6×6，表示基座雅克比矩陣；J_m∈R^6×n，表示機(jī)械臂雅克比矩陣。

將上述式(6)代入式(7)，可得：

其中，J^*∈R^6×n為廣義雅克比矩陣，定義如下：

定義中間變量

步驟102，根據(jù)所述面向控制的空間機(jī)器人模型，建立機(jī)械臂柔順抓捕控制律。

根據(jù)機(jī)械臂末端相對于慣性系的動態(tài)穩(wěn)定性，以及抓捕機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角速度，結(jié)合面向控制的空間機(jī)器人模型，定義期望動態(tài)特性：

其中，M_i∈R^6×6，表示質(zhì)量陣，D_i∈R^6×6，表示阻尼陣，K_i∈R^6×6，表示剛度陣，Δx_h表示機(jī)械臂末端在慣性系下的位姿相對于參考點(diǎn)的攝動量；T_s表示抓捕機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角速度的閉環(huán)時(shí)間常數(shù)，表示期望角速度。

根據(jù)式(11)和式(12)，建立機(jī)械臂柔順抓捕控制律：

其中，具體流程可以如下：

對式(8)微分得到：

定義中間變量v，令

將式(14)代入式(2)，得：

定義中間變量f，令

其中，S_n＝[0,0,...,0,1]∈R^1×n；

根據(jù)式(13)可得：

令

則，得到表征期望動態(tài)特性的式(11)和式(12)，因此機(jī)械臂柔順抓捕控制律為上述式(19)。

步驟103，確定基于基座噴氣裝置的基座位姿控制律。

在本實(shí)施例中，采用PID(Proportion Integration Differentiation比例-積分-微分)控制器，則所述基座位姿控制律如下：

步驟104，根據(jù)所述機(jī)械臂柔順抓捕控制律，建立機(jī)械臂柔順控制回路，以及，根據(jù)所述基座位姿控制律和PSR偽速率脈沖調(diào)制器，建立基座位姿控制回路。

參照圖3，示出了本發(fā)明實(shí)施例中一種基座與機(jī)械臂的柔順與協(xié)調(diào)控制的控制示意圖。在本實(shí)施例中，可以根據(jù)步驟102建立的機(jī)械臂柔順抓捕控制律(式(19))，建立機(jī)械臂柔順控制回路：根據(jù)步驟103確定的基于基座噴氣裝置的基座位姿控制律和PSR(Pseudo-rate pulse modulator)偽速率脈沖調(diào)制器，建立基座位姿控制回路。

步驟105，將所述機(jī)械臂柔順控制回路和基座位姿控制回路計(jì)算得到的控制量分別作為空間機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械臂和基座噴氣裝置的控制輸入；同時(shí)，將基座的控制力作為前饋項(xiàng)，輸入給機(jī)械臂控制律，以補(bǔ)償基座控制對機(jī)械臂末端柔順控制的干擾。

針對機(jī)械臂柔順控制回路：

根據(jù)關(guān)節(jié)角傳感器和運(yùn)動估計(jì)器可以得到如下參數(shù)數(shù)據(jù)：機(jī)械臂的關(guān)節(jié)角φ，機(jī)械臂末端位姿x_h，以及公式(10)計(jì)算值然后，基于上述參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)機(jī)械臂柔順抓捕控制律(式(19))，可以計(jì)算得到機(jī)械臂的關(guān)節(jié)力矩τ，進(jìn)而，可以確定機(jī)械臂力矩指令A(yù)_τ；最后，將機(jī)械臂力矩指令A(yù)_τ輸入給驅(qū)動關(guān)節(jié)，用于實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂的柔順控制。

針對基座位姿控制回路：

參照圖4，示出了本發(fā)明實(shí)施例中一種基座噴氣裝置的控制回路的示意圖。其中，A_r表示控制參考信號，T_C表示推力器作用力幅值，I表示星體轉(zhuǎn)動慣量，s表示拉普拉斯算子。

在本實(shí)施例中，采用PSR偽速率脈沖調(diào)制器作為脈沖信號生成器G_N(s)，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度和脈沖頻率，將連續(xù)的控制信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，驅(qū)動推力器閥門，實(shí)現(xiàn)對基座的控制。如圖5，示出了本發(fā)明實(shí)施例中一種PSR偽速率脈沖調(diào)制器的工作原理圖。其中，e表示PSR偽速率脈沖調(diào)制器的輸入信號；y表示PSR偽速率脈沖調(diào)制器的輸出信號，為一系列的脈沖信號；a_f表示負(fù)反饋信號；h_e表示繼電器的閥門啟控閾值；h_a表示繼電器的閥門脫控閾值；C表示點(diǎn)火脈沖幅值，一般取1；K_m表示慣性環(huán)節(jié)增益值，一般取1；T_m表示時(shí)間常數(shù)；e′＝e-a_f。

優(yōu)選的，在線性范圍內(nèi)，PSR偽速率脈沖調(diào)制器所產(chǎn)生的脈沖力矩所作的功等價(jià)于連續(xù)的力矩輸入，K_m＝1，在緩變信號下，PSR偽速率脈沖調(diào)制器可以近似為一個(gè)線性環(huán)節(jié)：

G_N(s)＝1+T_ms (20)

如前所述，PID控制器對應(yīng)的基座位姿控制律如上述式(21)，忽略積分控制器的作用，則由式(20)和式(21)可知，圖4所示的控制回路的特征方程為：

(K_P+K_Ds)(1+T_ms)T_C+Is²＝0 (22)

根據(jù)極點(diǎn)配置，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的帶寬，即可求得控制律參數(shù)K_P和K_D，其中，取K_i＝0.01K_p[。

優(yōu)選的，根據(jù)位姿傳感器和位姿估計(jì)器可以得到如下參數(shù)數(shù)據(jù)：基座的位姿x_b；然后，基于上述參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)基座位姿控制律式(21)，可以計(jì)算得到PSR偽速率脈沖調(diào)制器的輸入信號e；進(jìn)一步的，通過PSR偽速率脈沖調(diào)制器將連續(xù)的輸入信號e調(diào)制成脈沖式的力和力矩指令最后，將脈沖式的力和力矩指令輸入給基座噴氣裝置，用于實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星基座的位姿控制。

協(xié)調(diào)控制：

如圖3，將機(jī)械臂柔順控制回路和基座位姿控制回路計(jì)算得到的控制量分別施加到空間機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械臂力矩指令A(yù)_τ、以及、基座噴氣裝置作用在基座質(zhì)心上的力和力矩指令輸入項(xiàng)中；同時(shí)將基座的力和力矩指令作為前饋項(xiàng)，輸入給機(jī)械臂柔順抓捕控制律式(19)，以補(bǔ)償基座控制對機(jī)械臂末端柔順控制的干擾，從而實(shí)現(xiàn)最終的空間機(jī)器人在軌抓捕過程的柔順與協(xié)調(diào)控制。

由上可知，基座與機(jī)械臂的柔順與協(xié)調(diào)控制方案，實(shí)現(xiàn)了基座-機(jī)械臂-抓捕機(jī)構(gòu)在抓捕碰撞過程中的全控制狀態(tài)，既保證了機(jī)械臂和抓捕機(jī)構(gòu)對目標(biāo)的抓捕穩(wěn)定性，又保證了基座載荷的定向需求。

在本發(fā)明中，給出了基于本發(fā)明實(shí)施例所述的方案的仿真結(jié)果。如圖6a，是機(jī)械臂關(guān)節(jié)角變化量的仿真結(jié)果示意圖，圖6b，是基座位姿變化量的仿真結(jié)果示意圖；可見，機(jī)械臂關(guān)節(jié)角變化量和基座位姿變化量較小。如圖6c，是抓捕機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速的仿真結(jié)果示意圖，可見，抓捕機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速和抓捕后的組合體得到了穩(wěn)定的控制，如圖6d，是機(jī)械臂末端位姿變化量的仿真結(jié)果示意圖，可見，在抓捕全過程，機(jī)械臂末端始終保持相對于慣性空間的動態(tài)穩(wěn)定性。如圖6e，是抓捕手抓與目標(biāo)的碰撞力的仿真結(jié)果示意圖，可見，抓捕機(jī)構(gòu)的抓捕手抓與目標(biāo)的碰撞力較小。如圖6f，是基座噴氣裝置作用在基座質(zhì)心上的力和力矩的仿真結(jié)果示意圖，也即，圖6f表示通過控制律計(jì)算得到的控制輸入。

可見，與傳統(tǒng)的將機(jī)械臂的運(yùn)動看著為基座的外擾，采取基于力矩或角動量的前饋補(bǔ)償方案相比，本發(fā)明公開的方案并未對基座和機(jī)械臂進(jìn)行劃分，而是將空間機(jī)器人系統(tǒng)作為一個(gè)整體處理，所推導(dǎo)的控制律采用動力學(xué)解耦和運(yùn)動學(xué)匹配，能夠精確實(shí)現(xiàn)所期望的動態(tài)特性?；诨鶉姎庋b置的基座控制，一方面克服了機(jī)械臂運(yùn)動對基座的耦合影響，另一方面補(bǔ)償了抓捕過程中的碰撞力給空間機(jī)器人系統(tǒng)加載的額外動量，實(shí)現(xiàn)了基座位姿相對于慣性控制的穩(wěn)定性。

綜上所述，本發(fā)明將空間機(jī)器人作為一個(gè)完整系統(tǒng)，給出了星-臂-抓捕機(jī)構(gòu)的柔順抓捕與協(xié)調(diào)控制方法，實(shí)現(xiàn)了對自旋或翻滾非合作目標(biāo)的抓捕前、抓捕過程中的完整控制功能。從基座-機(jī)械臂-目標(biāo)的整體層面出發(fā)，開展機(jī)械臂柔順抓捕與基座姿態(tài)的協(xié)調(diào)控制，在實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的穩(wěn)定抓捕的同時(shí)保證了基座的穩(wěn)定性。

其次，既保證了機(jī)械臂和抓捕機(jī)構(gòu)對目標(biāo)的抓捕穩(wěn)定性，又保證了基座載荷的定向需求。

再次，實(shí)現(xiàn)了抓捕機(jī)構(gòu)起旋、抓捕手抓合攏、碰撞、拉緊、鎖死過程中的柔順控制，既保證了碰撞前、碰撞過程中，機(jī)械臂末端相對于慣性控制的類似于質(zhì)量-阻尼-彈簧系統(tǒng)的柔順特性，又實(shí)現(xiàn)了空間機(jī)器人系統(tǒng)對碰撞能量輸入的緩沖能力。

此外，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂與基座的協(xié)調(diào)控制。在實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在復(fù)雜接觸碰撞過程中的柔順特性的同時(shí)補(bǔ)償了抓捕過程中的碰撞力給空間機(jī)器人系統(tǒng)加載的額外動量，實(shí)現(xiàn)了基座位姿相對于慣性控制的穩(wěn)定性。

本說明中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。