Adaptive robust decoupling control of multi-arm space robots using time-delay estimation technique
Adaptive robust decoupling control of multi-arm space robots using time-delay estimation technique
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基于时滞估计技术的多臂空间机器人自适应鲁棒解耦控制
DOI：
10.1007/s11071-020-05615-5
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发表时间：
2020-05
影响因子：
5.6
通讯作者：
Ju Zhaojie
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang Xin;Liu Jinguo;Gao Qing;Ju Zhaojie
空间机器人与基座固定机器人最大的区别在于其基座是自由浮动的，这就产生了动力学耦合效应。安装的机械手运动会干扰基座的位置和姿态，从而降低末端执行器的操作精度。本文主要研究机械手与基座之间的耦合解耦问题。采用复合刚体动力学建模方法，建立了多臂空间机器人动力学模型，分析了动力学耦合力/力矩。针对多臂空间机器人的解耦问题，设计了一种基于时滞估计（TDE）和滑模控制（SMC）的自适应鲁棒控制器。与在线计算方法相比，所提出的控制器通过TDE技术补偿动态耦合，SMC可以补充和加强TDE的鲁棒性。所提出的解耦控制器的全局渐近稳定性的数学证明。通过对双臂空间机器人系统的对比仿真研究，验证了基于时间微分方程的滑模控制器的性能。定性和定量分析的结果表明，所提出的控制器是简单，但更有效。
The most distinctive difference between a space robot and a base-fixed robot is its free-flying/floating base, which results in the dynamic coupling effect. The mounted manipulator motion will disturb the position and attitude of the base, thereby deteriorating the operational accuracy of the end effector. This paper focuses on decoupling or counteracting the coupling between the manipulator and the base. The dynamics model of multi-arm space robots is established using the composite rigid dynamics modeling approach to analyze the dynamic coupling force/torque. An adaptive robust controller that is based on time-delay estimation (TDE) and sliding mode control (SMC) is designed to decouple the multi-arm space robot. In contrast to the online computation method, the proposed controller compensates for the dynamic coupling via the TDE technique and the SMC can complement and reinforce the robustness of the TDE. The global asymptotic stability of the proposed decoupling controller is mathematically proven. Several contrastive simulation studies on a dual-arm space robot system are conducted to evaluate the performance of the TDE-based SMC controller. The results of qualitative and quantitative analysis illustrate that the proposed controller is simpler and yet more effective.
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