赵毓，管公顺，郭继峰，于晓强，颜鹏

哈尔滨工业大学 航天学院，哈尔滨 150001

近年来，人类对太空探索和开发活动愈发频繁，对空间机械臂的能力提出了更高要求[1]。空间飞行器在轨运行过程中，易发生空间碎片近距离碰撞或表面结构脱离等突发情况，可以通过空间机械臂的有效抓捕动作使得飞行器避免主体结构受到损坏[2]。受限于任务场景的动态性和偶发性，传统空间机械臂轨迹规划方法难以满足实时性需求，为了保证能够高效完成相关动作，亟需开展空间机械臂快速自主在轨捕捉操作的轨迹规划算法研究[3]。

本文研究的空间自由漂浮机械臂系统轨迹规划问题与地面机械臂相比，有很大不同：① 空间机器人基座不固定，系统存在非完整约束，无法使用地面机械臂路径规划方法求解；② 空间机械臂Jacobi矩阵受载具平台动力学影响，其动力学奇异比地面机械臂复杂很多；③ 当前通讯条件下很难实现对空间机械臂的地面实时遥操作，因此对其轨迹规划自主性要求远高于地面系统。

空间机械臂轨迹规划目的是，在动力学和运动学约束条件下设计一条以时间为参数的连续曲线，使机械臂末端执行机构在一定时间内达到特定姿态和位置[4]。考虑到空间机械臂在运动过程中会对基座状态产生扰动，其轨迹规划问题需要在动量守恒前提下求解，整个系统存在非完整性约束[5]。针对以上特性，传统方法采用Jacobi矩阵和Lyapunov函数等算法进行系统动力学耦合分析，并以此为基础进行轨迹规划。……