王明明 罗建军 余 敏

(西北工业大学深圳研究院,广东深圳 518057)

(西北工业大学航天学院,西安 710072)

引言

空间机器人将在卫星维修、在轨装配、碎片清除等任务中发挥着重要作用.典型的在轨演示试验如“Robot Technology Experiment(ROTEX)”、“Engineering Test Satellite VII(ETS-VII)”、“Orbital Express(OE)”和“凤凰号”等项目验证了空间机器人执行在轨服务任务的可行性[1-4].然而,在轨服务任务最具挑战性的工作之一是如何高效、可靠地抓捕目标卫星.此外,空间机械臂与基座之间的动力学耦合引起的非完整约束对于抓取规划提出了新的挑战.

过往文献已提出多种空间机械臂轨迹规划方法.增强干扰图(EDM)的概念[5]首先被提出并应用于空间机器人的启发式轨迹规划问题求解.然而,EDM很难计算,尤其是对于具有较高自由度的空间机械臂.此后,文献[6]提出零反作用空间(RNS)的概念,被应用于运动学非冗余和冗余空间机械臂的轨迹生成.文献[7-8]考虑角动量守恒,使用RNS 的概念设计关节轨迹抓捕翻滚目标.然而,对于6 自由度机械臂而言,RNS 的体积十分有限.文献[9]中,提出等效平衡臂和动态平衡控制(DBC)相结合的方案减少基座姿态干扰.文献[10]提出了一种新的组合策略,将DBC 和RNS 集成到基于任务优先级的求解框架中.此后,文献[11]提出了空间双臂机器人点到点零反作用操作的规划策略.文献[12]建模和分析了空间机器人系统的动力学耦合,并将动力学耦合应用于最小化基座姿态干扰的运动轨迹规划.此外,可采用不同的关节轨迹参数化方法,例如周期性均匀B 样条[13]、Bezier 曲……