[发明专利]基于对偶四元数建模与控制的三关节空间机械臂系统

权利要求书

1.基于对偶四元数建模与控制的三关节空间机械臂系统，其特征在于，包括：

超声波探测器,用于对航天器进行超声波探测，从而确定故障部位的所在位置；

安装在航天器上的视觉敏感器，用于对航天器故障部件进行拍照，并且将拍摄的照片传递到星载计算机；

星载计算机，用于对接收到的多张图片信息进行滤波处理，得到航天器故障部件的位置与姿态信息，根据计算分析得到的故障部件的位置和姿态信息，对机械臂的运动路径进行路径规划，根据规划好的路径，发出控制指令；

A/D转换电路，用于接收控制指令并将其转化为电信号，传送到升压电路；

升压电路，用于将电信号放大后传递到机械臂的电动机；

电动机，用于带动机械臂运动，到达故障部件的位置和姿态；

接口A和接口B，用于将星载计算机的规划路径以及机械臂关节的实际运动路径传递出去；

显示计算机，用于接收到接口传递的信息和星载计算机传出的信号，显示机械臂的规划路径曲线与实际运动路线，并且根据信息绘制机械臂的运动路径图线，将两者进行比较，观察机械臂的控制精度与目标达成情况；

星载计算机(1)的输入端与视觉敏感器(2)相连，输出端与A/D转换电路(3)相连；视觉敏感器(2)的输出端与星载计算机(1)相连，A/D转换电路(3)的输入端与星载计算机(1)相连，输出端与升压电路(4)相连，升压电路(4)的输入端与A/D转换电路(3)相连，输出端与电动机(5)相连，电动机(5)的输入端与升压电路(4)相连，输出端与机械臂(6)相连，机械臂(6)的输入端与电动机(5)相连，接口A(7)的输入端与星载计算机(1)相连，输出端与预警系统相连，接口B(8)的输入端与星载计算机(1)相连，输出端与显示计算机相连。

2.根据权利要求1所述的基于对偶四元数建模与控制的三关节空间机械臂系统，其特征在于，星载计算机通过以下步骤对机械臂的运动路径进行规划：

S1、建立坐标系，以三节机械臂的质心为原点，z轴与机械臂基座上表面平行，x轴沿机械臂关节指向与下一关节的链接点，y轴由右手定则确定；

S2、相邻机械臂关节的动力学方程为

F^i+1ii=M^w^·i+1ii-h^]]>

式中：为关节i与关节i+1之间的驱动力；为惯量矩阵；为在i坐标系中两相邻关节之间的相对速度旋量的导数；为离心力；

S3、已知两相邻关节的动力学方程

F^i+1ii=M^i+1i·w^·i+1ii-h^i+1iF^ii-1i-1=M^ii-1·w^·ii-1i-1-h^ii-1;]]>

那么，关节i+1与关节i-1的相对速度旋量为：

线性滑膜控制器控制方程为

F^u=η^0-(ϵ+ddϵ)ρ^·sgn(s^).]]>