基于蒙特卡洛法的空间机器人工作空间计算  

Calculation of Space Robot Workspace by Using Monte Carlo Method

作　　者：李保丰[1] 孙汉旭[1] 贾庆轩[1] 陈钢[1] 

机构地区：[1]北京邮电大学自动化学院,北京100876

出　　处：《航天器工程》2011年第4期79-85,共7页Spacecraft Engineering

基　　金：中国教育和科研计算机网络中心资助的"教育科研基础设施IPv6技术升级与应用示范"项目的子项目"下一代互联网虚拟现实科研交流平台应用示范";中央高校基本科研业务费资助(2009RC0603);中央高校基本科研业务费专项资金(2010PTB-07-02)

摘　　要：工作空间是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指标。由于存在动力学耦合,空间机器人工作空间分析比地面机器人复杂得多。文章采用数值方法,即蒙特卡洛法分析空间机器人的工作空间。首先,采用虚拟机械臂(VM)建模方法建立空间机器人位置级运动学模型,并推导出了基座位姿固定、自由飞行、自由漂浮三种模式下的位置级运动学方程;然后,提出了采用蒙特卡洛法分析空间机器人工作空间的新方法,总结了此方法分析空间机器人工作空间的主要步骤;最后,以平面三自由度空间机器人为例,求解其在自由飞行模式下的工作空间,以空间三自由度空间机器人为例,求解其在自由漂浮模式下的工作空间。仿真试验结果表明:用文章提出的方法分析空间机器人工作空间准确迅速,解决了多自由度空间机器人工作空间难分析的问题。Workspace is one of the most important kinematics parameters to evaluate the ability of the robot.Considering the dynamic coupling,the analysis is much more complicated for the space robot than that for the robot on ground.The research mainly adopts geometric analysis method,but its development is limited by the degree of freedom（DOF）.In order to overcome the limitation,the paper proposes a numerical method which applies Monte Carlo method to analyze the workspace of the space robot.Firstly,this paper sets up a kinematics model of the space robot by virtual manipulator modeling,and derives the kinematics functions when the robot is in the modes of spacecraft pose-controlled,free-flying and free-floating.Then,a novel method to analyze the workspace of the space robot by using Monte Carlo method is proposed,and the major steps for this method are listed.Finally,two examples are given,in which the workspaces of a planar 3-DOF space robot in free-flying mode and a space 3-DOF robot in free-floating mode are calculated.The experimental results show that by using the proposed method the analysis of space robot workspace is accurate and quick,and the tough issue of workspace analysis for the multi-DOF space robot can be solved.

关 键 词：空间机器人 工作空间 蒙特卡洛法 虚拟机械臂 仿真 

分 类 号：TP242[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]