陈正仓 ，周维佳

（1.中国科学院沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016；2.中国科学院大学，北京 100049）

1 引言

随着航空航天工业的不断发展，空间机械臂越来越多地代替或辅助宇航员完成部分或全部的空间任务。目前，空间机械臂系统主要包括固定基空间机械臂系统，自由飞行系统和自由漂浮系统。前两种系统与自由飞行系统的根本区别在于：前者的基体上安装有位姿控制系统。尽管基体位姿控制系统具有较多的优点，但是其缺点也较为明显。其中包括，姿态控制器姿控能力的饱和问题，位置控制器废气影响临近结构运动状态的问题，尤其要提到的是，位姿控制系统会消耗过多的不可再生能源，进而增加空间机械臂系统的制造成本，甚至影响整个太空任务的寿命。因此，漂浮基空间机械臂系统越来越受到科学家们的重视。与固定基机械臂系统（如工业机械臂）不同，漂浮基空间机械臂系统（自由漂浮系统）在运动学、动力学和控制方法方面存在着诸多新的特点[1-2]。

由于没有固定约束，机械臂的运动会导致漂浮基体的位姿发生变化，基体位姿变化又会反过来影响机械臂末端执行器的定位和操作精度。这种内部耦合关系使得机械臂的控制变得更加复杂[3]。

目前，国内外学者在多体系统非完整性分析领域做了很多工作。文献[4]对非完整系统在控制过程中的应用进行了综述。文献[5]对空间机械臂系统目标捕获过程中的零响应操作进行了分析，其中，系统的非完整性是问题出现的最大障碍，同时也是求解问题的关键。……