空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制

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1、第31卷第3期2010年3月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31NO．3Mar．2010文章编号：i000—6893(2010)03—0632—06空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制，魏承，赵阳，田浩(哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001)GraspingControlofSpaceRobotforCapturingFloatingTargetWeiCheng，ZhaoYang，TianHao(SchoolofAstronautics，HarbinInstituteofTechnology

2、，Harbin150001，China)摘要：提出了动态抓取域用于空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制。空间机器人捕获漂浮目标时，由于机械臂与基体的动力学耦合、抓取时的碰撞激振等非线性特性使得抓取控制变得复杂而重要。首先建立了空间机器人及漂浮目标的动力学模型，而后引入了末端装置抓取目标时的碰撞模型，并提出了“动态抓取域”用于机械臂抓取目标时的控制，同时应用关节主动阻尼控制，以减小抓取碰撞激振对空间机器人冲击的影响。结果表明：在相同抓取时间下，加速抓取明显优于匀速抓取，碰撞力振幅减小至匀速抓取时的20％，对空间机器人的激振冲击明显消除，仅在抓取结束前有小幅激

3、振。这对空间机器人的抓取控制有着重要的理论价值及工程实际意义。关键词：空间机器人；捕获目标；动态抓取域；抓取控制；主动阻尼控制；动力学模型中图分类号：V476．5文献标识码：AAbstract：Thedynamicgraspingarea(DGA)isappliedforgraspingcontrolofaspacerobot’Scapturingafloatingtarget．Inthecapture，thegraspingcontrolbecomesquitecomplicatedandimportantbecauseofthenonlinearc

4、haracteristicssuchasthedynamiccouplingbetweenthearmandbase，theimpactandvibrationofgrasping，etc．Adynamicmodelofthespacerobotandfloatingtargetisestablishedfirstly，andanimpactmodelofhandgraspingisintroduced．Secondly，theDGAiscreatedforhandgraspingcontrolandjointactivedamp—ingcontrol

5、tOreducetheimpacteffectonthespacerobot．Thesimulationresultsindicatethatwithinthesamegraspingperiod，theacceleratinggraspingisbetterthanuniformgraspinginthattheimpactforceswingreducestO20％ofthatofuniformgrasping．Theimpactonthespacerobotissignificantlyeliminatedandonlystimu—lateswe

6、akvibrationsbeforethegraspingfinishes．Theresultswouldhaveimportanttheoreticalvalueandengi—neeringsignificance．Keywords：spacerobot；capturingtarget；dynamicgraspingarea；graspingcontrol；activedampingcontrol；dynamicmodels随着空间探索及应用的深入，空间机器人将扮演越来越重要的角色。空间机器人有着与地面机器人不同的动力学特性及限制条件：机械臂与基座

7、的动力学耦合、动力学奇异、有限的燃料供应、姿态控制系统的限制以及捕获过程中所发生的接触碰撞及激振等，使得空间机器人进行捕获操作时遇到了很多挑战性的难题，从而对抓取控制提出了更多的限制条件及要求。随着日本空间局[11发射的ETS—VII完成了对漂浮卫星的首次自主抓取实验，国外对空间机器人抓取目标的理论及实验已经进行了广泛而深入的研究：分析了机械臂抓取目标的碰撞动力学收稿日期：基金项目：通讯作者：2009一01—15；修订日期：2009—0409教育部创新团队发展计划(IRT520)；CAST创新基金(20090703)魏承E—mail：marinehit

8、@126．corn及运动学模型[2。3]，建立了碰撞力及其对各关节影响的映射关系[4]，讨论了