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1、學校代號10532學號S1009G124分類號TP24密級公開碩士學位論文6-DOF空間機械臂運動控制方法研究學位申請人姓名張光輝培養(yǎng)單位電氣與信息工程學院導師姓名及職稱王耀南教授學科專業(yè)控制科學與工程研究方向智能控制與機器人論文提交日期2015年4月20日學校代號：10532學號：S1009G124密級：公開湖南大學碩士學位論文6-DOF空間機械臂運動控制方法研究學位申請人姓名：張光輝導師姓名及職稱：王耀南教授培養(yǎng)單位：電氣與信息工程學院專業(yè)名稱：控制科學與工程論文提交日期：2015年4月20日論文答辯日期：2015年5月27日答辯委員會主席：王輝教授ResearchonMot
2、ionControlMethodsfor6-DOFSpaceManipulatorbyZHANGGuanghuiB.E.(HunanUniversity)2010AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinControlScience&EngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorWANGYaonanApril,2015湖南大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈
3、交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：日期：年月日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于1、保密
4、□，在______年解密后適用本授權(quán)書。2、不保√密□√。（請在以上相應方框內(nèi)打“√”）作者簽名：日期：年月日導師簽名：日期：年月日I摘要空間技術(shù)已經(jīng)成為一項衡量國家綜合實力的重要標準，世界各國競相發(fā)展，越來越受到人們關(guān)注。航天強國均已建設(shè)了自己的空間站，并以此為基礎(chǔ)向深空領(lǐng)域發(fā)展，我國航天“三步走”的戰(zhàn)略也正在順利實施?？臻g機械臂技術(shù)作為空間技術(shù)的一項基礎(chǔ)技術(shù)，是保障我國航天事業(yè)順利前進的基礎(chǔ)，研發(fā)出可靠實用的空間機械臂，對促進航天技術(shù)和民用技術(shù)發(fā)展都有重大意義和價值。本文依托中國航天科技集團的“小型空間機械臂原理樣機”合作科研項目，對6-DOF(SixDegreesofFre
5、edom)空間機械臂的運動控制進行了全方位的研究，針對目前存在的兩個難點，分別提出了解決方案，并進行了驗證。針對缺乏高效實用的空間機械臂運動控制軟件系統(tǒng)架構(gòu)的難題，提出一種C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)下的基于多線程和循環(huán)隊列的空間機械臂運動控制軟件架構(gòu)。架構(gòu)由Client端與Server端組成，分別承擔不同的功能。并以自主研發(fā)的6-DOF小型空間機械臂為平臺，詳細介紹了架構(gòu)的實現(xiàn)過程，進行了仿真驗證，結(jié)果表明架構(gòu)能夠滿足實際的空間機械臂運動控制需求；同時，架構(gòu)與平臺和操作系統(tǒng)無關(guān)，不需要任何預備知識，可大大縮短開發(fā)周期和實現(xiàn)難度。針對缺少經(jīng)濟有效的重力環(huán)境下大范圍柔順
6、控制方法的難題，提出一種基于末端F/T傳感器的重力環(huán)境下大范圍柔順控制方法。該方法基于機械臂運動學對機械臂末端重力進行實時補償，消除機械臂末端重量對末端F/T傳感器測量值的影響，然后通過關(guān)節(jié)空間基于位置的阻抗控制策略實現(xiàn)柔順控制。為了全面介紹該方法的實現(xiàn)過程，以6-DOF小型空間機械臂為例，首先采用D-H(Denavit-Hartenberg)參數(shù)法對空間機械臂進行數(shù)學建模，建立了機械臂位置級、速度級正/逆運動學方程，同時，為了解決位置級逆運動學方程多解的問題，提出一種逆運動學優(yōu)化方法，并對位置級正/逆運動學方程計算精度及逆運動學優(yōu)化方法進行了驗證；然后，以三種機械臂路徑規(guī)劃插值
7、算法為基礎(chǔ)，分別設(shè)計和驗證了空間機械臂單節(jié)點和多節(jié)點路徑規(guī)劃方案；最后詳細介紹了基于運動學的空間機械臂末端重力實時補償算法，及大范圍柔順控制方法的計算機實現(xiàn)過程，并基于以上工作，對實時重力補償算法和重力環(huán)境下大范圍柔順控制效果進行了驗證。結(jié)果表明該方法，能夠?qū)崿F(xiàn)機械臂在大范圍內(nèi)任何末端位姿下的外力跟蹤，使得機械臂在運動控制的整個過程都具備柔順能力，且靜態(tài)時能夠保持穩(wěn)定，使機械臂的操作過程更加貼近生物臂。關(guān)鍵詞：空間機械臂；運動控制；軟件架構(gòu)；運動學建模；路徑規(guī)劃；柔順控制Abst
