空间机器人动力学与控制
课程编码：180215082501P3002H
英文名称：Space Robot Dynamics and Control
课时：50
学分：2.50
课程属性：专业课
主讲教师：王蜀泉
教学目的要求
本课程面向空间操控领域，介绍空间机器人姿态动力学建模、分析与控制相关的内容，主要包括现代航天器姿态运动的描述方法、刚体动力学建模与分析、多刚体系统动力学建模方法、基于Lyapunov稳定的姿态控制、空间机器人位姿与关节状态、空间机器人正/逆运动学解算、空间机器人关节空间运动规划、自由漂浮空间机器人控制等内容。
通过本课程，学生应掌握空间机器人动力学与控制基础知识与前沿概念，具有在相关领域开展深入研究的能力。
预修课程
理论力学、高等数学
大纲内容
第一章 引言 4.0学时 王蜀泉
第1节 空间探索概述
第2节 空间机器人基本概念
第二章 姿态的描述方法与姿态运动学 8.0学时 王蜀泉
第1节 刚体定轴转动、方向余弦阵与欧拉角
第2节 主转动矢量与四元数
第3节 投影参数法
第三章 姿态动力学 10.0学时 王蜀泉
第1节 连续系统
第2节 刚体动力学
第3节 双自旋卫星
第4节 重力梯度力矩
第四章 姿态控制方法 8.0学时 王蜀泉
第1节 稳定性定义
第2节 线性闭环动力学
第3节 动量机构模型
第4节 基于动量机构的姿态控制
第五章 机器人运动学 6.0学时 王蜀泉
第1节 齐次坐标与齐次变换、机械臂状态描述
第2节 运动学与DH参数法
第六章 分析力学基础 4.0学时 王蜀泉
第1节 分析力学基本原理
第2节 第二类拉格朗日方程
第七章 空间机器人动力学 4.0学时 王蜀泉
第1节 拉格朗日法
第2节 牛顿欧拉法
第八章 空间机器人路径规划 3.0学时 王蜀泉
第1节 关节空间路径规划
第2节 笛卡尔空间路径规划
第九章 空间机器人操控前沿论文讲解 1.0学时 王蜀泉
第1节 自由飞行空间机器人目标操控前沿问题
第十章 期末考试 2.0学时 王蜀泉
第1节 考试
教材信息
1、
Analytical Mechanics of Space Systems
Hanspeter Schaub,
2016
2016, AIAA Education Series
参考书
1、
空间机器人：建模、规划与控制
梁斌、徐文福
2017年12月
清华大学出版社
课程教师信息
王蜀泉，立足于宇航科学与技术学科，探索空间新概念，推动前沿技术工程应用。在空间复杂系统动力学与自动化、空间智能系统、空间安全等方向开展探索性科学研究；承担载人航天工程科学应用分系统与运动相关项目控制系统设计工作；面向深空探测与地月空间领域开展未来空间任务的方案论证与系统设计。空间科学学会空间智能专业委员会委员、指挥控制学会空间安全平行委员会委员，IEEE会员，AIAA会员。