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20.基于MPSP算法的自由漂浮空间机器人路径规划
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武耀发 宁昕 岳晓奎 袁建平 张敬敏
摘要:由于自由漂浮空间机器人系统的非完整特性,使得我们不能像地面固定基座机器人一样通过逆运动学的方法对其进行路径规划,而且传统的自由漂浮空间机器人路径规划方法并不能很好地考虑控制力矩的大小。因此,本文针对自由漂浮空间机器人的路径规划问题,提出了基于MPSP(模型预测静态规划)算法的自由漂浮空间机器人路径规划方法。首先,通过齐次坐标转换和拉格朗日法分别建立了自由漂浮空间机器人的运动学模型和动力学模型,在此基础上推导得到了系统的状态空间模型,给定初始状态以及末端期望位姿,选取关节力矩最小作为性能指标,将自由漂浮空间机器人的路径规划问题转化为带有终端约束的优化问题。然后,应用MPSP算法,将PD控制产生的控制量作为初始猜想,并利用最优控制的原理推导得到了控制偏差与末端位置误差之间的函数关系,通过对控制量的不断修正和状态方程的迭代求解,使得末端到达期望位置。最后,以平面2DOF自由漂浮空间机器人为例进行数值仿真。仿真结果表明,应用MPSP算法对自由漂浮空间机器人进行路径规划,得到的关节轨迹平滑,并且在满足末端位置约束的同时,还能将关节力矩减小。