[发明专利]一种空间机器人扰动补偿的方法

说明书

本发明公开的一种空间机器人扰动补偿的方法，包括以下步骤：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。本发明基于凯恩动力学原理分别建立空间机器人整体动力学模型以及空间机器人平台的动力学模型，从而快速准确的计算得出机械臂对平台姿态的扰动力矩，有效的补偿了平台姿态扰动力矩，具有计算量少，计算结果准确的特点，同时，为星上控制提供了一种新的思路。

技术领域

本发明涉及空间机器人领域，尤其涉及基于凯恩动力学原理的空间漂浮机器人抓捕过程中扰动的补偿方法。

背景技术

空间漂浮机器人包含平台和机械臂，国内外对机械臂建模做了大量研究，采用多种方法如拉格朗日、牛顿-欧拉、凯恩等，考虑了多种因素，但对于实际应用来说，大多将机械臂作为扰动，对平台进行抗扰动控制，且并没有对空间漂浮机器人进行一体化建模进行扰动补偿。而且，国际上对空间漂浮机器人进行干扰力矩补偿的方法是基于牛顿欧拉原理建立空间漂浮机器人动力学模型并进行干扰力/力矩计算，采用反馈方式进行干扰力矩补偿控制，计算次数较多，仿真效率很低，对控制器的资源消耗较大。

发明内容

本发明提供一种空间机器人扰动补偿的方法，基于凯恩动力学原理对空间机器人进行一体化的建模，计算得出空间机器人机械臂对平台姿态的扰动力矩，并利用一体化动力学模型计算角动量对平台姿态的扰动力矩进行前馈补偿，本发明提供的方法采用较少的计算量即可计算得出平台姿态的扰动力矩，有效的实现了对平台姿态扰动力矩的补偿。

为了实现上述目的，本发明一种空间机器人扰动补偿的方法，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。

优选地，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。

优选地，所述的平台的刚体动力学模型为：