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宇航机器人动力学建模研究的开题报告

一、课题研究背景

随着人类对宇宙空间的探索，越来越多的宇航器和机器人被送入太空，这些机器人在宇宙空间执行维修、维护、科学实验等任务。在空间操作中，宇航机器人要面对各种复杂的环境，如重力环境、阻力环境、微重力环境等，因此对宇航机器人的动力学建模具有重要的研究价值和实际应用价值。

二、课题研究内容

本论文的研究目标是对宇航机器人的动力学进行建模研究，包括机器人的运动学模型和动力学模型。具体研究内容包括：

1、机器人运动学模型的建立，包括机器人姿态、位置表示和运动规划等方面的研究。

2、机器人动力学模型的建立，考虑机器人受到的力、力矩和扭矩等因素的影响，研究机器人的运动特性和力学性能。

3、针对宇航机器人在不同环境下的运动特性，研究宇航机器人的控制策略和动态性能分析，探索机器人操作的最佳策略。

4、开发宇航机器人的动力学仿真平台，验证所提出的动力学模型的有效性和可靠性。

三、研究意义

1、对于宇航机器人的动力学进行建模研究，可以深入探究机器人在不同环境下的动态特性和力学性能，为机器人的设计和优化提供理论基础和技术支持。

2、针对特殊环境下的机器人操作需求，提出相应的控制策略和动态性能分析，为机器人操作提供最佳方案。

3、开发宇航机器人的动力学仿真平台，可以加速机器人的开发和测试，减少实验成本和风险。

四、研究方法和技术路线

1、机器人运动学模型的建立，采用旋转矩阵和四元数等数学工具进行描述，结合机器人的位置、姿态等信息进行运动规划。

2、机器人动力学模型的建立，建立机器人的运动学模型和动力学模型的联系，并结合机器人所处环境的特点，考虑机器人的运动特性和力学性能。

3、针对宇航机器人的动态性能分析和控制策略，采用模糊控制等新型控制算法进行研究。

4、开发宇航机器人的动力学仿真平台，采用LINUX平台和C++语言，利用ROS软件框架搭建仿真环境。

五、预期研究成果

1、建立宇航机器人的运动学模型和动力学模型，探究机器人在不同环境下的动态特性和力学性能。

2、提出针对宇航机器人操作的最佳控制策略和动态性能分析，为机器人操作提供理论参考。

3、开发宇航机器人的动力学仿真平台，验证所提出的动力学模型的有效性和可靠性。

六、研究进度安排

本研究计划于2022年开始，预计于2024年完成，具体进度安排如下：

2022年：机器人运动学模型的建立

2023年：机器人动力学模型的建立和控制策略的提出

2024年：宇航机器人的动力学仿真平台开发和研究成果总结。

七、参考文献

1）贺志刚，王轶卓，黄洪成.机器人学基础[M].电子工业出版社，2015.(HeZhigang,WangYizhuo,HuangHongcheng.FundamentalsofRobotics[M].People’sPostTelecomPress,2015.)

2）刘志强.摩擦力学导论[M].北京：清华大学出版社，2012.(LiuZhiqiang.IntroductiontoFrictionMechanics[M].Beijing:TsinghuaUniversityPress,2012.)

3）谢建兵.机器人控制：动力学建模与控制[M].华南理工大学出版社，2016.(XieJianbing.RobotControl:DynamicModelingandControl[M].SouthChinaUniversityofTechnologyPress,2016.)