许若男 罗建军 王明明 ,

* (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

空间机器人在碎片清理、在轨维修、在轨装配等在轨服务 (OOS) 任务中发挥着重要的作用[1].与单机械臂相比,空间双臂机器人可以提供更大的负载能力和更好的稳定性[2].然而,双臂协调操作时末端执行器与目标接触形成闭链系统,闭链约束的引入会极大地限制双臂协调操作的工作空间.为了对翻滚目标的抓捕策略进行优化,有必要对空间双臂机器人的协调操作能力进行分析.

机械臂的操作能力包括全局操作能力和局部操作能力.全局操作能力是指机械臂在工作空间或全局路径的操作能力,局部操作能力是指机械臂在特定构型下的操作能力.对于工作空间分析,现有的研究方法主要包括解析法[3-4]、图解法[5]和数值法[6-9].解析法和图解法一般适用于3 自由度以下和平面机械臂.数值法主要是基于蒙特卡洛打靶法,适用于高自由度机械臂.然而,传统的工作空间分析只能得到可达空间的边界,不能描述可达空间内的姿态信息.到达可达点的可行方向数量反映了机械臂的灵巧度,是评价机械臂性能的一项重要指标.为了定量描述机械臂的灵巧度,需要生成同时包含位置信息和方向信息的工作空间.通过将任务空间位置和姿态离散化,可以采用逆向运动学[10-11]、正向运动学[12]和混合[13]方法生成包含方向信息的机械臂工作空间.相比于……