樊 茂，汤 亮,2

(1. 北京控制工程研究所，北京 100190；2. 空间智能控制技术重点实验室，北京 100190)

0 引 言

近些年来，空间机器人在空间操作方面得到了广泛的应用[1-3]，例如国际空间站的组装[4]、哈勃望远镜的维修[5]以及国际空间站货运仓的交会对接等空间操作都是空间机械臂的经典应用场景。但是随着空间操作任务需求与难度的不断提升，空间机械臂也面临着对废弃卫星、空间碎片与小型陨石等非合作目标的抓捕问题[6]。在抓捕非合作目标的过程中，机械臂末端与被捕获目标进行接触碰撞，为了增大抓捕过程的成功率，在抓捕过程中需要关闭基座的姿态控制系统，因此抓捕产生的碰撞冲击会对空间机器人系统造成冲击[7]，严重时甚至会造成抓捕目标后所形成组合体的翻滚、失稳；除此之外，抓捕过程对机械臂系统产生的冲击会带动机械臂一起运动，为了消除抓捕后机械臂受到的冲击效应，有必要设计相应的控制策略，在减小碰撞冲击的同时维持目标与平台之间的相对稳定，避免系统失稳。

针对抓捕目标后组合体受到的冲击问题，许多学者提出了不同的方法来实现对组合体系统的镇定控制[8-11]。为了减少机械臂控制过程中对平台姿态的扰动，文献[8]利用零反作用操作在日本空间机器人ETS-VII上进行了在轨实验，该方法有效减少了机械臂在运动时对卫星姿态的影响，同时还降低了由于约束反力带来的关节角速度限制。文献[9]对碰撞前的机械臂构型及轨迹进行优化，实现了机械臂碰撞脉冲力的最小化。……