周逸群，罗建军，王明明,*

1. 西北工业大学 深圳研究院，深圳 518057 2. 西北工业大学 航天动力学国家重点实验室，西安 710072

随着航天技术的发展，人们未来需要在太空中进行更多复杂的舱外任务。与航天员相比，空间机器人在执行在轨任务方面具有诸多优势。自20世纪80年代以来，空间机器人已被用于大型航天器上的许多航天任务，并成为实现在轨服务任务最重要的途径之一。典型实例有“工程试验卫星7号(Engineering Test Satellite VII, ETS-VII)”[1]、“轨道快车(Orbit Express, OE)”[2]、“凤凰计划(Phoenix)”[3]、“德国轨道服务任务(Deutsche Orbitale Servicing Mission, DEOS)”[4]等。由单臂到多臂、由遥操作到自主、由合作目标到非合作目标是空间机器人技术发展的主要趋势[5]。

与单臂机器人相比，多臂机器人所能处理的载荷更多，灵活性也更高。但与此同时，多臂协调操作的复杂性也更大。为操作所抓捕的目标，机器人需要对目标施加适当的外力，以实现目标的期望运动。由于多臂操作的冗余性，各机械臂所施加的外力组合是不唯一的。因此可以按照一定指标，将目标的期望合外力合理地分配到各机械臂。机械臂施加力可分为操作力和内力两部分，前者驱动目标运动，后者对目标运动没有影响。Alberts和Soloway[6]将载荷分配转化为线性约束二次优化问题，并提出权重因子以平衡分配末端力，在载荷分配问题中引入了权重广义逆。Walker等[7]提出了一种避免操作力在目标内部产生挤压，从而消除内力的载荷分配方案，并指出这种抓取矩阵广义逆是惟一的。Bonitz和Hsia[8]将这种方法应用于相互作用力的分析，以实现操作力和内力的解耦。……