期刊检索

  • 2024年第56卷
  • 2023年第55卷
  • 2022年第54卷
  • 2021年第53卷
  • 2020年第52卷
  • 2019年第51卷
  • 2018年第50卷
  • 2017年第49卷
  • 2016年第48卷
  • 2015年第47卷
  • 2014年第46卷
  • 2013年第45卷
  • 2012年第44卷
  • 2011年第43卷
  • 2010年第42卷
  • 第1期
  • 第2期

主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

期刊网站二维码
微信公众号二维码
引用本文:李重阳,蒋再男,刘宏,蔡鹤皋.面向空间机械臂操作任务的模仿学习策略[J].哈尔滨工业大学学报,2020,52(6):111.DOI:10.11918/202004044
LI Chongyang,JIANG Zainan,LIU Hong,CAI Hegao.A learning strategy from demonstration for the operation tasks of space manipulators[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2020,52(6):111.DOI:10.11918/202004044
【打印本页】   【HTML】   【下载PDF全文】   查看/发表评论  下载PDF阅读器  关闭
过刊浏览    高级检索
本文已被:浏览 1458次   下载 1396 本文二维码信息
码上扫一扫!
分享到: 微信 更多
面向空间机械臂操作任务的模仿学习策略
李重阳,蒋再男,刘宏,蔡鹤皋
(机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学),哈尔滨 150001)
摘要:
为提高空间机械臂克服空间扰动的能力,降低关节力矩波动和能量消耗,提出了一种基于动力学约束的空间机械臂模仿学习策略.该策略分为两个阶段:第一阶段为基于高斯过程的模仿学习,利用运动学实例,采用高斯过程算法建立当前任务的运动模型,再根据当前环境,通过运动模型生成当前任务的期望轨迹分布.第二阶段为基于动力学约束的控制器设计,该控制器以第一阶段输出的期望轨迹分布为输入,以关节期望力矩为输出,在保证轨迹符合任务要求的同时,生成更加平滑的关节控制力矩.采用该模仿学习策略,用天宫二号空间机械臂在轨操控电动工具来定位螺钉,实验验证了该模仿学习策略的有效性.实验结果表明,与传统模仿学习加计算力矩控制的策略相比,采用基于动力学约束的空间机械臂模仿学习策略,机械臂的大负载关节力矩波动的峰-峰值可减少45%,波峰数可减少40%,能耗可减少31%,且关节力矩、加速度和速度更加平滑.该策略不仅克服了环境位置变化的不利因素,而且还降低了关节的力矩波动和能量消耗,提高了空间机械臂运行的平滑性,对高性能空间机械臂的在轨服务应用具有重要意义.
关键词:  空间机械臂  模仿学习  高斯过程  线性二次跟踪型  马氏范数
DOI:10.11918/202004044
分类号:TP242.3
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(91848202)
A learning strategy from demonstration for the operation tasks of space manipulators
LI Chongyang,JIANG Zainan,LIU Hong,CAI Hegao
(State Key Laboratory of Robotics and System (Harbin Institute of Technology), Harbin 150001, China)
Abstract:
To improve the ability of overcoming the spatial disturbance, and reduce the joint torque fluctuations and energy consumption during operation, a learning strategy from demonstration based on dynamics constraints for space manipulators is proposed. This strategy is divided into two phases. Phase 1 is Gaussian process-based learning from demonstration, in which the motion model of the task is obtained by utilizing Gaussian process based on the kinesthetic demonstrations. Then, the desired trajectory distribution of the current task is reproduced using the model according to the environment. Phase 2 is the design of dynamics-constraint-based controller. The input of this controller is the trajectory distribution from phase 1, and the outputs are the joint desired torques. This controller is used to generate smoother joint control torques, while ensuring that the trajectory of manipulator can meet the task requirements. Finally, the strategy is verified by the on-orbit locating bolts task with Tiangong-2 space manipulator. Compared with the strategy of traditional learning from demonstration combined with computed torque controller, the joint torques peak-peak value of the large load joint is reduced by 45%, the number of peaks is reduced by 40%, and the energy consumption is reduced by 31%. Besides, the joint torques, accelerations and velocities are much smoother.
Key words:  space manipulator  learning from demonstration  Gaussian process  linear quadratic tracking  Mahalanobis norm

友情链接LINKS