空间机器人路径规划综合优化方法

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1、第24卷第2期航天器工程V01．24No．22015年4月SPACECRAFTENGINEERING35空间机器人路径规划综合优化方法金宗耀谭春林(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要执行复杂操作的空间机器人常具有冗余自由度，从而可以在执行任务过程中通过关节参数的合理规划对指定目标进行优化。振动和操作灵活性是评价空间机器人性能和任务完成质量的两项重要指标，而关节力矩的大小是影响振动的重要因素。文章提出了一种路径规划综合优化方法，在对机器人末端运动速度进行优化处理的基础上，利用其冗余自由度，对关节力矩和评价操作灵活性的条件数指标进行综合优化。以平面3自由度机器人为对象建

2、立数学模型，并在零重力环境下对相同任务进行数学仿真。仿真结果显示，采用文章优化方法，关节力矩与操作灵活性指标均得到了有效优化，验证了所提出方法的有效性。关键词空间机器人；冗余自由度；路径规划；综合优化中图分类号：TP24文献标志码：ABOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．02．006Multi—objectivesOptimizationMethodforPath—planningofSpaceRobotJINZongyaoTANChunlin(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing

3、100094，China)Abstract：Spacerobotsforcomplicatedmissionsareusuallyredundant，SOtheycanfinishmis—sionswithdifferentselectionofjointsparameterstofulfilldifferentoptimizationobjectives．Vibrationandflexibilityofmovementaretwoimportantcriteriaforevaluatingperformanceofspacerobots，andmagnitudeofjoint

4、storqueisanimportantfactorwhichcanaffectthevibration．Forpath—planningthispaperproposesamethodwhichcansimultaneouslyoptimizejointstorqueandconditionnumber，basedontheoptimizationofthevelocityofrobotendandbyemployingtheredundantDOF(degree—of—freedom)ofrobot．Astrategyforsmoothingthevelocitycurveo

5、fend—effectorisalsoemployedinthismethod．Asimulationstudyisconductedinthispaper．Inthisstudy．thesimulatedsubjectisaplanar3一DOFrobotinzero—gravityenvironment，amathe—maticalmodelisestablishedandtworesultsofthesamemissionwithdifferentpath—planningarepresented．Bycontrastingtheirresults，effectivenes

6、softheproposedmethodisproved，includingtheoptimizationoftorqueandconditionnumber．Keywords：spacerobot；redundantdegree—of—freedom；path—planning；multi—objectivesoptimiza—tion收稿Et期：2014—02—07；修回日期：2014—03—10基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)(2013CB733000)和装备预先研究项目“航天器在轨服务技术”(617010105)作者简介：金宗耀，男，硕士，研究方向为航天器

7、机械总体设计、空间机器人技术。Email：jzyyzr@126．com。航天器工程24卷1引言空间机器人由于经常要在复杂任务约束下执行操作，因此多具有冗余自由度。具有冗余自由度的机器人在执行相同任务操作时，可以选择不同的路径规划方案，从而能同时满足多种约束条件，或者能有选择地优化运动过程中的多项指标口]。其中，关节力矩(对振动有重要影响)和操作灵活性，是经常优先考虑的两个指标，尤其对于大型空间机器人，其本体的柔性不可忽略，在路径规划时对上述两项指标进行优化的结果将直接影响任务完成