机器人在轨组装结构的耦合动力学与步态优化

摘要：

机器人在轨移动组装空间结构是建造大型航天器最有潜力的方式之一,但机器人在结构表面作业时两者存在严重的动力学耦合效应,给空间结构的建造带来了新挑战.针对三分支机器人行走在空间柔性结构上形成的耦合动力学问题,提出一种机器人-结构耦合动力学建模与步态优化方法.首先,基于拉格朗日方程和欧拉-伯努利梁模型建立机器人-结构耦合动力学模型,该模型可用于预测机器人在结构表面行走时的耦合动力学响应.然后,基于耦合动力学方程推导出机器人运动与结构振动的关系,以降低结构振动响应为目标开展了机器人行走步态的优化研究.最后,对机器人不同蠕动步态运动方式下的空间结构动力学响应进行了数值仿真,重点分析了机器人以不同步频、不同步长以及不同抬起高度行走移动时对空间结构动力学响应的影响规律.仿真结果表明,空间结构的动力学响应与机器人的运动方式密切相关.因此在设计行走移动组装机器人的运动步态步频时应避免为空间结构固有频率的两倍,同时在保障机器人组装安全稳定的前提下应尽可能减小运动步长和抬起高度.并且通过对机器人运动步态进行优化调整可以有效抑制空间结构的振动.

关键词：空间机器人、在轨组装、耦合动力学、步态优化、振动抑制

所属期刊栏目：55

分类号：TP242(自动化技术及设备)

资助基金：广东省基础与应用基础研究基金;机器人技术与系统国家重点实验室开放基金;教育部卓越工程师教育培养计划项目产学合作协同育人项目

在线出版日期：2023-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：1548-1558