在轨服务飞行器机械臂动力学模型及应用分析

"在轨服务飞行器机械臂系统动力学模型的研究是针对带有机械臂的在轨服务飞行器（On-Orbit Service Vehicle, OSV）进行的，它被等效为自由漂浮空间机械臂（Free-Flying Space Manipulator, FSM）系统，并建立了相应的简化动力学模型。这个模型对于理解和研究OSV机械臂系统的运动规律和运动规划问题具有重要意义。通过以单臂二关节机械臂在平面上的运动作为示例，分析了机械臂的运动如何影响OSV的整体姿态。文章进一步讨论了雅可比矩阵和角动量在这一过程中的作用，并提供了相关的关键技术点。" 在轨道服务飞行器领域，机械臂系统是实现太空任务如维修、捕获或装配等操作的关键组件。本研究首先介绍了将OSV视为一个FSM系统的方法，这是一种简化复杂系统动态行为的有效手段。通过对单臂二关节机械臂的平面运动分析，可以揭示更深层次的力学原理，因为这种简单结构能提供基础的力学模型，用于理解更复杂的多关节机械臂系统。 动力学模型是研究系统运动的基础，它涵盖了力和力矩的传递、质量和惯性等因素。在本文中，建立的简化动力学模型考虑了OSV的整体动力学特性，包括机械臂的运动对整个飞行器姿态的影响。这种影响可能包括姿态稳定性的变化、能量消耗的计算以及动力学约束条件下的运动规划。雅可比矩阵在此模型中起到了关键作用，它是描述机械臂关节速度与末端执行器线速度之间关系的数学工具，对于控制和规划至关重要。 此外，角动量的概念在空间机械臂的动力学分析中也非常重要，因为它涉及到系统转动特性和守恒定律。角动量的改变会直接影响OSV的旋转动态，因此在设计机械臂运动策略时必须予以考虑，以避免不期望的姿态变化。 通过这个动力学模型，研究人员能够更好地预测和控制OSV在执行任务时的行为，这对于任务规划和实时控制策略的制定至关重要。同时，这个模型也为未来在复杂太空环境下的自主机器人操作提供了理论基础。总体来说，这项工作强调了在轨服务飞行器机械臂系统的动力学建模对于提高任务成功率和安全性的重要性，并为后续的工程应用和技术发展奠定了理论基础。