基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划

张旭; 曾祥鑫; 郎博

doi:10.3788/OPE.20192702.0372

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基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2020-08-13

- 基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划
- Path planning of free-floating space robot based on control variable parameterization method
- 光学精密工程 2019年27卷第2期页码：372-378
- 作者机构：
  
  1.哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院，黑龙江哈尔滨 150028
  2.黑龙江省电子商务与信息处理重点实验室，黑龙江哈尔滨 150028
  3.中国兵器工业集团有限公司航空弹药研究院，黑龙江哈尔滨 150036
- 作者简介：
  
  [ "张旭(1981-)，女，黑龙江齐齐哈尔人，博士，讲师，2004年于黑龙江大学获得学士学位，2006年、2018年于哈尔滨工业大学分别获得硕士、博士学位，主要从事空间机器人技术和飞行器导航、制导与控制技术的研究。E-mail: zx_hit@163.com" ]
  [ "曾祥鑫(1988-)，男，黑龙江绥化人，博士研究生，2010年、2013年于哈尔滨工业大学分别获得学士、硕士学位，主要从事飞行器制导与控制的研究。E-mail: 13B918043@hit.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(11472090)
- DOI：10.3788/OPE.20192702.0372
  中图分类号： TP241.3
- 收稿日期：2018-07-03，
  
  录用日期：2018-9-2，
  
  纸质出版日期：2019-02-15
- 稿件说明：
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张旭, 曾祥鑫, 郎博. 基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划[J]. 光学精密工程, 2019,27(2):372-378.

Xu ZHANG, Xiang-xin ZENG, Bo LANG. Path planning of free-floating space robot based on control variable parameterization method[J]. Optics and precision engineering, 2019, 27(2): 372-378.
张旭, 曾祥鑫, 郎博. 基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划[J]. 光学精密工程, 2019,27(2):372-378. DOI： 10.3788/OPE.20192702.0372.

Xu ZHANG, Xiang-xin ZENG, Bo LANG. Path planning of free-floating space robot based on control variable parameterization method[J]. Optics and precision engineering, 2019, 27(2): 372-378. DOI： 10.3788/OPE.20192702.0372.

摘要

针对自由漂浮空间机器人传统路径规划方法对基座卫星扰动较大的问题，提出了一种基于控制变量参数化的路径规划方法。该方法将路径规划问题转化成以基座姿态扰动最小为目标函数并满足一系列约束条件的最优控制问题，并采用控制变量参数化方法进行离散化处理，将最优控制问题转化成求解非线性规划问题，并给出了完整的理论收敛性证明，从而准确地估计出自由漂浮空间机器人末端执行器的最优路径。仿真结果表明，与传统的分解加速度方法相比，该方法得到的运动路径所引起的基座卫星姿态扰动为0.104 rad，相比传统方法降低了17.53%，验证了所提路径规划方法的有效性与最优性。

Abstract

Traditional path planning methods of a free-floating space robot cause severe disturbance to the base satellite. To solve this problem

a path planning method based on the parameterization of control variables is proposed. This method transforms the path planning problem into an optimal control problem using minimum base posture disturbance as an objective function along with a series of constraints. The control variable parameterization method is used to discretize the problem

and the optimal control problem is transformed into a nonlinear programming problem. In addition

a complete theoretical convergence proof is provided. Thus

the optimal path of the end effector of the free-floating space robot can be accurately estimated. The simulation results indicate that the attitude disturbance of the base satellite caused by the motion path of the proposed method is 0.104 rad

which is 17.53% lower than that of the traditional method of decomposition acceleration

which verifies the effectiveness and optimality of the proposed path planning method.

关键词

Keywords

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