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空间机器人工作空间分析^(i=1n)iBH。吨口髐缸字航学报徐文福盍⑻，梁斌畛，强文义’机器人工作空间的分析是路径规划和控制的基础，已有二十多年的研究历史。地面固定基座机器人工作空间的分析已相当成熟““】。然而，由于机械臂与其基座之间存在动力学耦合，使得空间机器人工作空间的分析变得更加复杂。基座可以有三种控制模式：位置姿态均受控蛔斯潭、位置不受控()(浮．据此将空间机器人的工作空间分为基座位姿固定工作空问、受限工作空间及自由工作空间，并采用虚拟机械臂琕的方法，分析了平面两关节机器人的受限1过关节的运动涮整，因而其可达工作空间是各种给zva定义的自由工作空间是所有可能姿态下受限工作空间的交集。更进一步地，甈蛃．Dubowsky1浮空间机器人的可达工作空间分为路径相关工作空闻，和路径无关工作空间，两部分，然而，其仅以平面两关节机器人为例。实际上，空间机器人三维工作空问的分析要困难得多。本文以机器人为例，对其工作空同进行了分析，包括基座位姿固定、自由飞行及自由漂浮模式下的工作空阃，并重点分析了路径相关工作空间和路径无关工作空间，对减小动力学奇异影响的空间机器人设计提出了一些建议，同时讨论了避动力学奇异的空间机器人路径规划方法。空间机器人一般运动方程空间机器人动力学建模和控制方面的重要研究成果见文献５ケ劭瘴驶魅说哪Ｐ腿缤所nB(i=0n)cB臂末端坐标系疚闹泄咝韵到⒃谙低车闹市；nbR3CcJ量。，．，，。，琍。∈，其含义如图中所示。机械臂末端的矢量Sem2007摘要：由于存在动力学耦合，空间机器人工作空间的分析比地面机器人复杂得多，以往的研究仅针对平面运动的情况，本文探讨了三维工作空间的分析方法。首先根据基座的不同控制策略，推导了基座位姿固定，自由飞行及自由漂浮三种模式的运动学方程，然后分析相应的工作空间。基座位姿固定时，采用几何分析法；基座自由飞行时，借助虚拟机械臂分析其受限工作空间；而对于自由漂浮模式，结合角动量守恒方程，提出了计算路径相关工作空间和路径无关工作空间的数值算法。文中以机器人为例进行实际计算，比较了各种工作空间的特点。最后讨论了动力学奇异回避方法，并提出减小其影响的建议。关键词：空间机器人；自由飘浮机器人；工作空间；动力学奇异；路径规划01组成。285月(11500012]5000DTIY24A10001328(2007)051389-06．收稿日期：——；132c074y328863(2005AA745060)蜚矷N05
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