基于互补问题描述单边接触的空间机器人动力学建模与数值仿真.pdf

北京大学学报(自然科学版) 第 52 卷 第 4 期 2016 年 7 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 52, No. 4 (July 2016) doi: 10.13209/j.0479-8023.2016.072 基于互补问题描述单边接触的空间机器人 动力学建模与数值仿真 1,2,† 1 1 2 胡天健 王天舒 李俊峰 钱卫平 1. 清华大学航天航空学院 , 北京 100084; 2. 北京跟踪与通信技术研究所 , 北京 100094; † E-mail: lgi2004@163.com 摘要 针对弹簧阻尼(spring-damp, SD)并联模型描述机器人接触作业时需要耗时调节刚度、阻尼系数 , 并 在接触末端额外安装力传感器等缺陷, 基于互补问题 , 描述空间机械臂末端与目标的单边接触, 推导具有紧 凑数学形式的空间机器人接触动力学模型。采用 Lemke 算法设计动力学模型的数值计算方法 , 并通过数学 仿真验证动力学模型的有效性。 关键词 动力学; 空间机器人; 单边接触 ; 互补问题 中图分类号 O313 Modeling and Simulation of Space Robot with Unilateral Contact Based on Complementary Problem 1,2,† 1 1 2 HU Tianjian , WANG Tianshu , LI Junfeng , QIAN Weiping 1. School of Aerospace Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084; 2. Beijing Institute of Tracking and Telecommunication Technology, Beijing 100094; † E-mail: lgi2004@163.com Abstract Traditionally, the contact between the end-effector and the target is modeled as a parallel spring-damp model, which requires a time-consumed tuning of values of stiffness and damping factor and an extra force sensor fixed on the end-effector. The above drawbacks inspire the application of complementary problem to uniformly describe the unilateral contact for space robot. A dynamical equation of the space robot with unilateral contact is derived, and a numerical method is developed utilizing the Lemke alg