文档介绍：自由飞行空间焊接机器人运动规划技术研究
摘 要
自由飞行空间焊接机器人因能大大减小太空操作的危险系数，降低太空作业的成本
以及保障宇航员人身安全等优点，今后势必将取代宇航员的舱外焊接作业。目前，自由
飞行空间焊接机器人的运动学、动力学及其控制理论方面有许多值得研究和探索的内
容，文中重点研究了自由飞行空间焊接机器人的运动规划技术，它是未来空间站自动化
维修、装配等空间作业任务实现中的一项关键技术，具有重要的科学意义和学术价值。
文中在前人研究的基础上给出了自由飞行空间焊接机器人的运动学几何模型，利用
机器人的相关特征推导出了关于自由飞行空间焊接机器人各关节之间的几何、角速度等
关系式以及描述机器人本体与机械臂耦合关系的广义雅可比矩阵。在此基础上，介绍了
遗传优化算法的特点、原理及应用方法，并将其贯穿于整篇论文的优化计算中，这也是
本文研究的重点所在。
文中以自由飞行空间焊接机器人焊接操作的运动规划为研究重点，首先对机器人的
工作空间进行了描述及推导，对自由飞行空间焊接机器人在空间站的无碰撞安全操作进
行了研究，使机器人的双臂在一个工作空间内安全避让开障碍物的前提下成功到达目标
点位置。在此基础上对机器人的双臂协调焊接操作和双机器人的协调焊接操作进行了详
细研究，给出了具体的基于遗传算法的机器人焊接操作运动规划的计算方法，利用
Matlab 计算机软件进行编程，对运算过程进行了模拟仿真试验，并进行了误差分析。实
验结果表明，文中提出的遗传优化计算方法对自由飞行空间焊接机器人的运动规划问题
的求解是合理有效的。
关键词：自由飞行空间焊接机器人，运动规划，广义雅可比矩阵，遗传算法，仿真
Technology Research
on Motion Planning of Free Flying Space Welding Robot
ABSTRACT
In the future, FFSWR(Free Flying Space Welding Robot) will inevitably substitute for
astronauts’ welding work outside cabin because it can greatly reduce the dangerous coefficient
and the cost of operation outer space as well as safeguards astronauts’ safety and so on merits.
Now, much of the kinematics, dynamics and control of FFSWR need to be studied. The paper
emphasizes the motion planning of FFSWR, which is a key technology in maintance and
assembly of future space station and embodies important science sense and academic value.
Based on the existing research, the kinematics geometry model of FFSWR is given. The
geometry and angle velocity formula about every joint of FFSWR is deduced, and
Generalized Jacobian Matrix is also given to describe the coupled relationship between robot
body and its mechanical arms by using robot characteristics. Then, the characteristic, principle
and application method of genetic algorithm are introduced, which is applied to optimize
FFSWR motion in the entire dissertation. So it is a keystone