[发明专利]一种空间机器人扰动补偿的方法

权利要求书

1.一种空间机器人扰动补偿的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、基于凯恩动力学建立空间机器人整体动力学模型；

S2、根据空间机器人整体动力学模型建立平台的刚体动力学模型，并计算机械臂对平台姿态的扰动力矩；

S3、从角动量层面计算平台姿态控制的前馈补偿量，实现对平台姿态扰动力矩的补偿；

平台姿态控制的前馈补偿量的计算公式为：

式中，I_k为第k部机械臂转动惯量，φ^k为第k部机械臂关节角组成的列阵，K_ff为比例系数，t为时间，取值范围是0＜K_ff＜1；

在平台姿态控制系统的控制回路中增加机械臂角动量补偿回路，实现机械臂对平台姿态扰动力矩的补偿，机械臂角动量补偿回路为：

式中，h_d为指令角动量，K_m为对称正定矩阵。

2.如权利要求1所述的一种空间机器人扰动补偿的方法，其特征在于，所述的空间机器人的整体动力学模型为：

式中，

式中，m_j是单刚体B_j的质量，I为质量单位阵，S_j、J_j为单刚体B_j坐标系原点O_j的静矩、惯量，和分别表示单刚体B_j的加速度与角加速度，ω_j表示刚体B_j的角速度，表示控制输入量的一阶导数，^pV_j表示单刚体B_j偏速度，^pω_j表示单刚体B_j偏角速度，表示单刚体B_j坐标系原点O_j的静矩的叉乘形式，表示刚体B_j的角速度叉乘形式，f_b和τ_b分别为平台主动力和主动力矩；

式(11)等号右边的前6行为平台的主动力矩，式(11)等号右边从第7行开始是机器臂对平台姿态的扰动力矩。

3.如权利要求2所述的一种空间机器人扰动补偿的方法，其特征在于，所述的平台的刚体动力学模型为：

式中，分别表示平台速度和角速度在平台刚体坐标系投影的变化率，m_b表示平台质量，S_b表示平台坐标系原点O_b的静矩，表示平台坐标系原点O_b的静矩的叉乘形式，J_b表示平台坐标系原点O_b的惯量，表示刚体在平台刚体坐标系投影的叉乘形式，V_b表示平台速度在平台刚体坐标系投影，f_rf和τ_rf分别为空间机器人平台的主动力与扰动力的差、空间机器人平台的主动力矩与扰动力矩的差；

式(12)等号的右边包含了空间机器人平台的主动力矩和机械臂对平台姿态的扰动力矩；

取式(11)的“前6行”：

式中，M_b和M_bm分别为平台的惯性矩阵和机械臂与平台耦合的惯性矩阵，为机械臂关节角加速度，为系统广义惯性力；

式(12)减去式(13)得出机械臂对平台姿态的扰动力矩：

式中，