无反作用力矩空间机器人轨迹跟踪控制

针对目前关节驱动方式的不足，提出一种采用无反作用力矩驱动方式的空间机器人设计概念。系统平台与各节机械臂上均安装一组金字塔构型的控制力矩陀螺（CMGs）作为力矩执行机构，各臂间由自由球铰连接。采用Rodriguez参数描述平台姿态和机械臂角位移，利用Kane方程建立系统动力学模型。在此基础上，设计了渐近稳定的轨迹跟踪控制律，使得平台姿态和机械臂角位移跟踪期望运动轨迹；并设计了CMGs操纵律，使之准确输出期望控制力矩。此外，研究了机械臂工作空间到关节空间的轨迹规划算法，使得所设计的控制律也可应用于工作空间的轨迹跟踪控制。由三关节系统的仿真结果，验证了无反作用力矩设计概念的可行性和轨迹规划算法的有效性。