空間機(jī)器人與控制方法
近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所在空間機(jī)器人自主操控方面取得了新進(jìn)展，針對(duì)航天器平臺(tái)和機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)耦合提出了一種基于時(shí)延估計(jì)的無(wú)模型解耦控制算法，相關(guān)成果以論文形式（Attitude Decoupling Control of Semifloating Space Robots Using Time-Delay Estimation ａｎｄ Supertwisting Control）發(fā)表在國(guó)際宇航領(lǐng)域Top期刊IEEE Transactions on Aerospace ａｎｄ Electronic Systems。
由于外太空的高低溫、超真空、強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境，由航天器和機(jī)械臂組成的空間機(jī)器人系統(tǒng)，具備航天器的機(jī)動(dòng)能力和機(jī)械臂的操作能力，未來(lái)將廣泛地應(yīng)用于在軌服務(wù)和深空探測(cè)領(lǐng)域。同時(shí)，空間機(jī)器人可承載大量的自主操作任務(wù)，如抓捕、裝配、搬運(yùn)以及采樣返回等。對(duì)于此類機(jī)器人，航天器平臺(tái)和機(jī)械臂之間存在著復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)耦合作用，嚴(yán)重影響機(jī)械臂末端的操作精度。因此，如何有效地抑制或補(bǔ)償基—臂耦合作用是空間機(jī)器人領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。
為此，沈陽(yáng)自動(dòng)化所空間自動(dòng)化技術(shù)研究室科研人員基于時(shí)延估計(jì)（Time-delay estimation, TDE）算法和超扭轉(zhuǎn)控制（Super-twisting control, STC），提出一種無(wú)模型魯棒解耦控制算法。該方法本質(zhì)為瞬態(tài)學(xué)習(xí)控制算法，通過(guò)引入常數(shù)對(duì)角陣對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行改造，將新模型劃分為線性項(xiàng)和新非線性項(xiàng)，利用模型前一時(shí)刻的觀測(cè)信息和控制輸入來(lái)估計(jì)當(dāng)前時(shí)刻系統(tǒng)的新非線性項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效解耦。該方法優(yōu)點(diǎn)在于不需要實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)模型參數(shù)，算法具有內(nèi)在自適應(yīng)性，計(jì)算效率高。該項(xiàng)成果將為后續(xù)開(kāi)展空間機(jī)器人在軌服務(wù)和深空探測(cè)任務(wù)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
近年來(lái)，面向國(guó)家相關(guān)任務(wù)需求，圍繞空間機(jī)器人自主操控技術(shù)，沈陽(yáng)自動(dòng)化所科研人員在空間機(jī)器人在軌捕獲、在軌加注、智能控制、空間人機(jī)交互等方面取得系列進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于IEEE Trans. on Cybernetics，IEEE Trans. on Industrial Electronics, IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, Nonlinear Dynamics, Acta Astronautica，Science China echnological Sciences, Chinese Journal of Aeronautics等期刊，相關(guān)成果得到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)和機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題等項(xiàng)目的大力支持。
