胡天健　王天舒　李俊峰　钱卫平

1. 清华大学航天航空学院， 北京 100084； 2. 北京跟踪与通信技术研究所， 北京 100094； † E-mail: lgi2004@163.com



基于互补问题描述单边接触的空间机器人动力学建模与数值仿真

胡天健1，2，†王天舒1李俊峰1钱卫平2

1. 清华大学航天航空学院， 北京 100084； 2. 北京跟踪与通信技术研究所， 北京 100094； † E-mail: lgi2004@163.com

针对弹簧-阻尼（spring-damp， SD）并联模型描述机器人接触作业时需要耗时调节刚度、阻尼系数， 并在接触末端额外安装力传感器等缺陷， 基于互补问题， 描述空间机械臂末端与目标的单边接触， 推导具有紧凑数学形式的空间机器人接触动力学模型。采用 Lemke 算法设计动力学模型的数值计算方法， 并通过数学仿真验证动力学模型的有效性。

动力学； 空间机器人； 单边接触； 互补问题

北京大学学报（自然科学版）第52卷第4期2016年7月

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis， Vol. 52， No. 4 （July 2016）

空间机器人一般由飞行器平台和空间机械臂共同组成。控制空间机械臂对目标飞行器进行操作，是完成在轨维护任务的重要方式。目前， 有关空间机械臂末端自由运动［1-3］、碰撞与惯量突变［4-6］等的动力学建模已比较成熟， 并且进行了在轨试验验证［7-9］。随着空间应用的不断深入， 以目标表面焊接、涂覆、切割等为代表的连续接触式操作任务将成为在轨服务技术发展的新方向［10-11］， 因此， 需要完善空间机器人连续接触的动力学建模研究。

一些学者将空间机械臂末端与目标表面的接触等效为一个弹簧-阻尼（spring-damp， SD）并联模型［12-14］， 通过计算臂末端与目标表面在接触点处的相对运动， 选择合适的刚度、阻尼系数和相应的摩擦力模型， 确定接触力的大小。……