空间桁架自主装配轨迹规划与控制策略
CSTR:
作者:
作者单位:

1.宇航空间机构全国重点实验室, 上海 201108;2.上海宇航系统工程研究所, 上海 201108

作者简介:

通讯作者:

陈萌,男,研究员,E-mail: workmailcm@126.com。

中图分类号:

TP242

基金项目:

上海市优秀学术带头人项目(23XD1403800);上海市“科技创新行动计划”启明星项目(扬帆专项)(23YF1411200);国家自然科学基金联合基金(U21B6002)。


Autonomous Assembly Trajectory Planning and Control Strategy for Space Trusses
Author:
Affiliation:

1.National Key Laboratory of Aerospace Mechanism,Shanghai 201108,China;2.Aerospace System Engineering Shanghai,Shanghai 201108,China

Fund Project:

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    摘要:

    针对空间中大型桁架的在轨组装需求,设计了一套空间桁架在轨装配系统,包括装配机器人、基于构件级模块单元的桁架系统。考虑整个装配过程的安全性与有序性,构建了基于邻接矩阵的桁架杆件装配流程数学表达,用于规划立方体桁架单元各杆件的装配序列。同时,提出了面向任意装配位置的弧形轨迹规划方法,保证杆件装配全流程的平滑性以及对接阶段的正对齐。最后,利用一种根据接触力动态调整参数的自适应柔顺控制算法,确保桁架杆接触装配的安全性与柔顺性。基于本文搭建的空间桁架在轨装配系统仿真软件ADAMS与Simulink联合仿真模型,表明本文所提出的自主装配轨迹规划与控制策略能够实现空间桁架的自主平滑柔顺装配,且装配过程中的接触力小于10 N。

    Abstract:

    Aiming at the on-orbit assembly of large-scale trusses in space, an on-orbit assembly system for space trusses is designed, including an assembly robot and a truss system based on component-level modular units. Considering the safety and orderliness of the whole assembly process, a mathematical expression of the truss rod assembly process based on the adjacency matrix is constructed, which is used to plan the assembly sequence of each rod of the cubic truss unit. At the same time, an arc trajectory planning method for arbitrary assembly positions is proposed to ensure the smoothness of the whole process of rod assembly and the positive alignment in the docking stage. Finally, an adaptive smoothing control algorithm that dynamically adjusts the parameters according to the contact force is utilized to ensure the safety and smoothness of the truss rod contact assembly. Based on the joint simulation model of ADAMS and Simulink for space truss on-orbit assembly system constructed in this paper, it is shown that the autonomous assembly trajectory planning and control strategy proposed in this paper can realize the autonomous smooth and compliant assembly of space truss, and the contact force in the assembly process is less than 10 N.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

孟凡奇,陈萌,马晓龙,高金忠,高洋.空间桁架自主装配轨迹规划与控制策略[J].南京航空航天大学学报,2025,57(3):441-450

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  • 收稿日期:2025-03-01
  • 最后修改日期:2025-04-25
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  • 在线发布日期: 2025-06-20
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