基于蒙特卡洛法的空间机器人工作空间计算

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1、第2O卷第4期航天器工程Vo1．2ONo．42011年7月SPACECRAFTENGINEERING79基于蒙特卡洛法的空间机器人工作空间计算李保丰孙汉旭贾庆轩陈钢(北京邮电大学自动化学院，北京100876)摘要工作空间是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指标。由于存在动力学耦合，空间机器人工作空间分析比地面机器人复杂得多。文章采用数值方法，即蒙特卡洛法分析空间机器人的工作空间。首先，采用虚拟机械臂(VM)建模方法建立空间机器人位置级运动学模型，并推导出了基座位姿固定、自由飞行、自由漂浮三种模式下的位置级运动学方程；然后，提出了采用蒙特卡洛法分析空间机器

2、人工作空间的新方法，总结了此方法分析空间机器人工作空间的主要步骤；最后，以平面三自由度空间机器人为例，求解其在自由飞行模式下的工作空间，以空间三自由度空间机器人为例，求解其在自由漂浮模式下的工作空间。仿真试验结果表明：用文章提出的方法分析空间机器人工作空间准确迅速，解决了多自由度空间机器人工作空间难分析的问题。关键词空间机器人；工作空间；蒙特卡洛法；虚拟机械臂；仿真中图分类号：V447；TP242文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2011．04．011文章编号：1673—8748(2011)04—0079—07Cal

3、culationofSpaceRobotWorkspacebyUsingMonteCarloMethodLIBaofengSUNHanxuJIAQingxuanCHENGang(SchoolofAutomation，BeijingUniversityofPostandTelecommunications，Beijing100876，China)Abstract：Workspaceisoneofthemostimportantkinematicsparameterstoevaluatetheabilityoftherobot．Consideringthed

4、ynamiccoupling，theanalysisismuchmorecomplicatedforthespacerobotthanthatfortherobotonground．Theresearchmainlyadoptsgeometricanalysismethod，bUtitsdevelopmentiS1imitedbythedegreeoffreedom(DOF)．Inordertoovercomethe1imita—tion，thepaperproposesanumericalmethodwhichappliesMonteCarlometh

5、odtoanalyzetheworkspaceofthespacerobot．Firstly，thispapersetsupakinematicsmodelofthespacerobotbyvirtualmanipulatormodeling，andderivesthekinematicsfunctionswhentherobotisinthemodesofspacecraftpose—controlled，free—flyingandfree—floating．Then，anovelmethodtOanalyzetheworkspaceofthespa

6、cerobotbyusingMonteCarlomethodisproposed，andthemajorstepsforthismethodarelisted．Finally，twoexamplesaregiven，inwhichtheworkspacesofaplanar3-DOFspacerobotinfree-flyingmodeandaspace3-DOFrobotinfree-floatingmodearecalculated．Theexperi—mentalresultsshowthatbyusingtheproposedmethodthea

7、nalysisofspacerobotworkspaceisaccurateandquick，andthetoughissueofworkspaceanalysisforthemulti-DOFspacerobotcanbesolved．Keywords：spacerobot；workspace；MonteCarlomethod；virtualmanipulator；simulation收稿日期：201l1O3—09；修回日期：2011-04—13基金项目：中国教育和科研计算机网络中心资助的“教育科研基础设施IPv6技术升级与应用示范”项目的子项目“下一

8、代互联网虚拟现实科研交流平台应用示范”，中央高校基本科研业务费资助(20o9RC