张传海，袁建平

(西北工业大学航天飞行动力学技术国家重点实验室，陕西西安710072)

0 引言

随着空间技术的发展和空间任务的需求，各航天大国都加大力度支持空间机器人技术研究［1］。空间机器人主要由空间机器人本体及搭载在本体上的机械臂组成。当本体的位置和姿态均不受控时，其处于自由漂浮状态，称为自由漂浮空间机器人。采用这种工作状态不但可以节约大量宝贵的能源，延长空间机器人的服役期限，而且可以避免当机械臂接近目标航天器时，位置姿态控制系统工作时突然点火造成的机械臂末端执行器与目标航天器的撞击。因而，自由漂浮空间机器人在空间任务中具有更多的优势。由于自由漂浮空间机器人满足动量守恒，所以机械臂与本体的运动存在动力学耦合，如何协调本体和机械臂的运动使机器人系统完成预定任务就成了首要问题，国内外学者在这方面开展了大量研究［2-8］。

本文通过选取合适的位置和姿态误差信息，给出适用于自由漂浮空间机器人的闭环形式运动控制方法，最后利用系统冗余特性实现了本体姿态零扰动控制。

1 运动学模型

图1给出了自由漂浮空间机器人的示意图。图中，B0为机器人本体;B1～Bn为机械臂连杆;Ji(i=1，2，…，n)为连接部件。

假设:系统各组成部分均为刚体，刚体间的连接均为单自由度转动铰;整个系统不受任何外力及外力矩作用;系统初始的线动量及角动量均为零。基于上述假设，易知系统的质心位置在惯性空间中保持不变，可以作为惯性系OIxIyIzI的原点OI，各连体坐标系Oixiyizi的原点取在各刚体的质心Ci处，坐标轴与刚体的惯性主轴方向一致。……