[发明专利]一种空间机械臂运动性能严重退化预防策略

说明书

本发明实施例提供了一种空间机械臂运动性能严重退化预防策略，包括：分析受故障关节锁定角度影响的空间机械臂单方面运动性能指标，从中选定多个指标以表征空间机械臂综合运动性能；通过对所选局部指标进行全局化处理，在构造其对应的全局波动指标的基础上，利用熵值法构造空间机械臂综合运动性能指标；以单方面运动性能或综合运动性能指标为依据，基于牛顿‑拉夫逊法求解空间机械臂各关节人为限位；通过人为限定常态下空间机械臂各关节的转动范围，实现空间机械臂运动性能严重退化的预防。根据本发明实施例提供的技术方案，可使关节锁定故障发生后空间机械臂的运动性能仍能满足在轨操作任务要求。

【技术领域】

本发明涉及一种空间机械臂运动性能严重退化预防策略，属于空间机械臂容错控制技术领域。

【技术背景】

太空所具有的军事、政治、民生、经济等多方面战略地位，促使世界各国愈发重视太空探索工作。随着人类对太空探索的不断深入，具有跨度大、操作灵活、负载能力强等特点的空间机械臂应用日益广泛。但太空环境的恶劣、操作任务的繁重与关节结构的复杂，导致空间机械臂在长期服役过程中极有可能发生关节锁定故障，且通常无法得以及时维修。当故障关节锁定至特殊角度以使空间机械臂运动性能严重退化时，空间机械臂将无法继续执行在轨操作任务，严重影响太空探索工作的顺利推进。因此，为了保证太空探索工作顺利完成，亟需开展空间机械臂运动性能严重退化预防策略的相关研究。

面向关节锁定故障的空间机械臂运动性能严重退化的预防，主要通过人为限定常态下空间机械臂各关节转动范围(人为限位)实现。现有计算关节人为限位的方法仅有解析法，基于解析法无法解决求解过程中存在的耦合问题(当完成求解的判据与人为限位有关，或关节故障后其余健康关节的限位不释放，则存在耦合问题)，导致所求关节人为限位并非理想人为限位；此外，现有完成求解的判据多为单方面运动性能指标，其无法表征空间机械臂综合运动性能，导致关节锁定故障后空间机械臂综合运动性能可能无法满足在轨操作任务要求。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种空间机械臂运动性能严重退化预防策略，所提预防策略能够保证关节锁定故障后空间机械臂的单方面运动性能或综合运动性能仍能满足在轨操作任务要求。

上述空间机械臂运动性能严重退化预防过程中，用到的方法至少包括：

依据空间机械臂操作空间和关节空间各运动性能指标的数学表达及表征意义，分析其中受故障关节锁定角度影响的单方面运动性能指标，以综合表征空间机械臂操作空间和关节空间运动性能为目的，从受故障关节锁定角度影响的性能指标中选定多个单方面运动性能指标；

依据运动性能指标全局化处理方法，将所选单方面运动性能指标中的局部指标转化为全局指标，并构造其所对应的全局波动指标，考虑到不同指标对机械臂综合运动性能影响程度不同，基于熵值法构造空间机械臂综合运动性能指标，以实现对空间机械臂操作空间和关节空间运动性能的综合表征；

依据完成求解的判据(单方面运动性能指标或综合运动性能指标)，基于牛顿-拉夫逊法求解常态下空间机械臂各关节人为限位(仅当完成求解判据为指标常量且关节故障后其余关节限位释放时，可基于解析法完成常态下空间机械臂各关节人为限位的求解)；

依据所求空间机械臂各关节人为限位，在机械臂具有冗余特性的前提下，通过人为限定常态下空间机械臂各关节转动范围，即令各关节在人为限位内运动，完成空间机械臂运动性能严重退化的预防，保证关节锁定故障后空间机械臂运动性能仍能满足后续在轨操作任务要求。

上述求解过程中，空间机械臂单方面运动性能指标的选定过程包括：

第一步：确定空间机械臂操作空间和关节空间内受故障关节锁定角度影响的各运动性能指标的数学表达。