面向在轨捕获的空间机器人路径规划与控制综述

摘要

随着航天技术的快速发展，空间机器人逐渐被广泛应用于空间碎片清除、故障航天器维修、失控卫星捕获等在轨服务中.在这类任务中，空间机器人的末端执行器需要跟踪预设轨迹到达捕获点，完成空间目标的捕获以及后续操作.然而，复杂的太空环境和空间机器人固有的动力学特性使路径规划和控制面临诸多挑战.本文首先回顾了世界主要航天国家在空间机器人领域的研究现状，介绍了空间机器人基于广义雅可比矩阵(Generalized Jacobian matrix, GJM)的运动学模型和基于拉格朗日法的动力学模型，以说明空间机器人的动力学特性.在此基础上，结合在轨捕获任务需求、复杂太空环境及动力学特性，归纳了空间机器人路径规划和控制领域的最新研究进展，展示了地面试验技术及其在路径规划与控制验证中的研究成果.最后，总结了当前空间机器人技术中存在的问题，并展望了未来可能的研究方向.

关键词

空间机器人 / 在轨捕获 / 路径规划 / 跟踪控制 / 重力补偿

基金资助

国家自然科学基金资助项目（62227810,62133001）; 国家重点基础研究发展计划资助项目（2012CB821200,2012CB821201）