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1、一种空间机械臂对接的控制策略研究邵曼，贾庆轩，陈钢(北京邮电大学自动化学院，北京100876)摘要：为实现空间机械臂在舱体表面爬行过程中机械骨末端与指定对接口的对接任务，设计了一种针対整体対接过程的控制策略。首先根据接触点的个数対可能出现的接触情况进行分类，然后根据人-维力传感器传递的实时接触力数据进行接触力分析，确定不同接触力数据对应的不同对接情况，并针对不同类型的对接悄况设计对应的对接控制策略。该整体控制策略简单明了，易于工程实现。关键词：空间机械愕；控制策略；接触力分析屮图分类号：TP24StudyonaDockingControlStrategyoft
2、heSpaceManipulatorShaoMan,JiaQingxuan,ChenGang(SchoolofAutomation,Beijinguniversityofpostandtelecommunications,Beijing100876)Abstract:Toachievethetaskofdockingbetweentheendofthespacemanipulatorandthesurfaceofthecabin,thecontrolstrategyforthewholedockingprocessisdesigned・First,thepos
3、sibledockingsituationsareclassifiedaccordingtothenumberofcontactpoints,thenthereal-timecontactforcedatawhicharetransferredbythesix-dimensionalforcesensorareanalyzed,andthedifferentdockingsituationscorrespondedtothedifferentcontactforcedataaredetermined,atlastthecontrolstrategyisdesi
4、gned・Thisoverallcontrolstrategyiseasytoachieve・Keywords:Spacemanipulator;controlstrategy;contactforceanalysiso引言空间机械臂舱外服务的一项巫要任务就是机械臂舱外爬行。能够在舱体爬行的机械臂可以育效扩展机器人的工作范围。在整体爬行过程小，由于机械臂沿预定轨迹移动时可能产生微小的偏差，会彫响对接时机械臂的末端位姿，使得末端无法顺利完成对接，影响空间机械臂整体舱外爬行任务的完成。当今对接技术的研究主要是针对静态装配过程进行二维平面分析。Simimovic⑴研
5、究了插孔对接时出现的各种状态；Whimey⑵首先提岀将整个插孔对接过程分为四个阶段；张規:等通过同时控制力与位置来完成插孔作业并取得了较好效果；Shahi叩oog等针对插孔作业中可能出现的各种状态进行了儿何分析以及动力学分析；Trongisi在Shahi叩oor研究的基础上对动态装配过程进行几何分析，所提出的模型可以更清楚了解动态装配机制。但是以上成果都无法直接用来解决空间机械臂舱外爬行过程中的末端对接问题。针对具体工程问题，木文将空间机械臂爬行过程中与舱体的对接过程作为切入点，通过对机械臂末端接触力信号的分析來判断接触情况，进而针对可能出现的对接情况设计整体
6、控制策略。1空间机械臂末端与対接口的简化模型空间机械愕末端与对接口的机械结构较为复杂，为便于分析，在对整体对接过程进行分基金项小屮央高校基木科研业务费专项资金(BUPT2011rc0026,2011PTB-00-11)作者简介：邵曼，(1987-)，女，硕士研究生，主要研究方向：先进机器人技术。通信联系人：贾庆轩，(1964-),男，教授，主耍研究方向：空间机器人技术，虚拟现实技术.E-mail:tobcahappyfly@163.com析Z前将对接模型简化如图1所示。图1对接简化模熨Figure1simplifieddockingmodel进行如下定义：r—
7、—空间机械臂末端半径；R——对接口内半径；L——对接口内高度；F——六维力传感器反馈给机械骨的力信号(F=(Fx,Fv,^,
8、xJv,
9、z)),其中Fx,Fy,F：为三维接触力信号，IX,Iy,Iz为三维力矩信号；2对接情况分类根据对接过程中机械臂末端与对接口产生的接触点个数将对接过程中可能会发牛的对接情况分为三类。第一类为无接触，如图2所示；第二类为存在一个点的接触情况，如图3所示；第三类为存在两个点及以上的接触(包括面接触)情况，如图4所示。ab图2无接触时的对接情况Figure2Thedockingsituationswithnon-contactab图
10、3存在一点接触的对接情况Figure3
