不同重力環境下空間機械臂切換控制①

劉福才 趙文娜 孟玲聰

(燕山大學工業計算機控制工程河北省重點實驗室 秦皇島 066004)

0 引 言

航天事業是一個國家先進技術和綜合國力的重要體現，各國都想在航天領域擁有話語權，因此加快了空間站的研發步伐。空間機械臂在空間站在軌建設與維護、航天器目標捕獲、廢棄衛星回收、太空垃圾清理、輔助航天員艙外作業等復雜航天任務中必不可少，應用前景廣闊[1，2]。為保證機械臂在空間執行任務的可行性，在地面進行微重力環境模擬這項前期工作至關重要，如何提高地面微重力模擬水平引起了極大關注。文獻[3]設計了一種繩索式減旋裝置和速率控制系統，提高了火箭消旋和姿態的控制精度，保證了利用微重力火箭進行微重力試驗的可靠性。文獻[4]提出了一種混合微重力仿真方法，通過中性浮力和被控對象的電磁力的共同作用來抵消重力，仿真結果表明微重力模擬精度優于中性浮力法。文獻[5]設計了一種可以實現在垂直方向開展空間機構多維運動的微重力模擬系統，主要由垂直升降裝置、PID控制器、伺服電機和空氣軸承組成，該系統能夠實時抵消重力。然而，這些在地面環境下模擬空間微重力的方法，大多通過使用機械裝置來實現，并不能完全消除重力帶來的影響。文獻[6]中，機械臂飛行驗證(manipulator flight demonstration，MFD)系統在地面進行軌跡跟蹤測試時，機械臂末端在Y軸方向的位置誤差為1 mm,而在空間飛行實驗時測得的位置誤差卻為-3.4 mm。針對這一現象，文獻[7]指出，地面微重力環境模擬效果有限，應考慮運動行為模擬的方法。……