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面向ORU更换的冗余机械臂及其柔顺控制的研究

【摘要】

本文研究面向ORU更换的冗余机械臂及其柔顺控制的技术。首先

介绍研究背景，说明ORU更换在太空任务中的重要性。接着阐述冗余

机械臂的概念和ORU更换技术的现状。然后探讨柔顺控制技术在机械

臂操作中的应用，强调其在ORU更换中的重要性。深入分析冗余机械

臂与ORU更换的整合以及柔顺控制在此过程中的关键作用。结论部分

总结研究成果，并展望未来的发展方向。同时提出研究存在的局限性

和改进方向。本研究将为提高太空任务中ORU更换的效率和安全性提

供重要参考依据。

【关键词】

冗余机械臂、ORU更换、柔顺控制、研究背景、研究意义、研究

目的、冗余机械臂概述、ORU更换技术、柔顺控制技术、冗余机械臂

与ORU更换的整合、柔顺控制在ORU更换中的应用、研究成果总结、

未来展望、研究局限性及改进方向

1.引言

1.1研究背景

随着航天领域的不断发展和飞行任务的复杂化，宇航员在空间站

维修和维护工作中扮演着至关重要的角色。而其中一项重要的任务就

是对空间站上的ORU（OrbitalReplacementUnit）进行更换和维修。

ORU是航天器上可以被替换的模块，如太阳能电池板、通信设备等。

为了提高空间站的可靠性和工作效率，及时更换损坏的ORU模块至关

重要。

在这一背景下，研究如何利用冗余机械臂辅助进行ORU的更换成

为一个热门的课题。冗余机械臂具有更强的灵活性和自由度，可以更

好地适应各种复杂任务的需求。而针对冗余机械臂的柔顺控制技术则

能够使机器人在执行任务时更加精准和安全。

本研究旨在探索冗余机械臂及其柔顺控制技术在ORU更换任务中

的应用，以提高空间站维修工作的效率，保障宇航员的安全，并为未

来航天技术的发展提供更多可能性和借鉴。

1.2研究意义

冗余机械臂是一种具有超过标准六自由度的机械臂，可以提高工

作空间的灵活性和效率。在航天领域，常常需要进行外部部件的更换

和维修，而ORU更换技术则是一种快速、准确地更换舱外部件的技术。

柔顺控制技术则可以使机械臂在操作时具有更好的柔顺性和精准性。

将冗余机械臂与ORU更换技术整合，并结合柔顺控制技术的研究，将

在航天领域的舱外维修任务中具有重要的意义。本研究旨在探索冗余

机械臂及其柔顺控制在ORU更换中的应用，以提高航天领域的外部维

修效率和安全性。通过此研究，可以为未来航天任务的成功实施提供

技术支持，同时推动航天领域中机械臂技术的发展和应用。

1.3研究目的

研究目的是为了探究如何利用冗余机械臂和柔顺控制技术实现

ORU更换的优化。通过研究和分析，我们希望找到一种更高效、更精

准的机械臂控制方法，以提升ORU更换的效率和安全性。我们也希望

探讨柔顺控制技术在ORU更换过程中的应用潜力，并根据实际需求进

行相关改进和优化。通过本研究，我们的目标是为机械臂技术和航天

领域的发展做出贡献，为未来的太空任务提供更好的支持和保障。

2.正文

2.1冗余机械臂概述

冗余机械臂是指拥有多于六个自由度的机械臂系统，这些额外的

自由度被称为冗余自由度。冗余机械臂相比于普通机械臂具有更灵活

的姿态控制能力，能够适应更复杂的工作环境和任务需求。

冗余机械臂的运动学问题是研究的重点之一，因为其多余的自由

度使得其运动学解不唯一。研究人员通过寻找最优解来确定机械臂的

运动学配置，以实现特定的任务需求。冗余机械臂的轨迹规划也是一

个重要的研究领域，研究人员通过规划合适的路径来保证机械臂的稳

定性和效率。

在工业领域，冗余机械臂常用于需要高度精确性和柔性的任务，

如装配、焊接和操作危险环境等。冗余机械臂的广泛应用使得其研究

和开发非常重要，以提高生产效率和工作安全性。

冗余机械臂的概念和应用为机械臂技术领域带来了新的发展机遇，

提供了更多的选择和可能性，对于实现复杂任务和提高工作效率具有

重要的意义。

2.2ORU更换技术

ORU更换技术是指在航天器维修和维护任务中，将损坏或过期的

外置复合材料单位（ORU）更换为新的ORU的技术。这项技术对于保

障航天器的正常运行非常重要，因为