艾海平 陈 力

(福州大学机械工程及自动化学院,福州 350116)

引言

近年来随着空间技术的发展及人类对太空探索的进一步深入,空间机器人被期望在太空服务中扮演更重要的角色并执行更复杂的任务:如失效航天器的维修、在轨燃料加注、在轨装配和后勤支援等[1-5],以实现延长在轨航天器服务寿命、提升在轨服务性能的目的,因此对其的研究引起了国内外学者的诸多关注[6-13].同时,因发射失败及在轨故障导致失效的航天器日益增多,进而影响了空间在轨服务任务的执行.考虑太空轨道资源的宝贵及失效卫星回收的经济价值,空间机器人对失效卫星的捕获操作研究具有重要意义[14-18].

空间机器人执行在轨捕获操作时,不可避免的要与目标卫星发生接触、碰撞,在此过程,其机械臂将会受到很大的碰撞冲击力矩[19-20],若冲击力矩过大,很可能对最薄弱的关节处造成破坏.考虑非合作卫星一般具备高速、旋转等特性,空间机器人对其进行捕获操作时,其遭受的冲击力矩将使关节处遭受损坏,并导致空间任务的失败.因此,在捕获操作过程采取一定措施以避免空间机器人的关节电机受到冲击而破坏是极其必要的.然而,目前关于空间机器人避免关节遭受冲击破坏的研究却鲜见报道,故对其的研究有着重要的探索价值和意义.

针对空间机器人在轨捕获操作的研究,国内外学者已经取得了一定的成果.Uyam 等[21]对空间机器人与自由漂浮……