专刊/专栏

空间机器人研究进展及技术挑战

孟光, 韩亮亮, 张崇峰

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23963

2021, (1): 523963-523963.

摘要

空间机器人是实现空间操控自动化和智能化的使能手段之一，在无人及载人的空间科学探索活动中至关重要。首先，回顾了国际空间站舱内外机器人、中国空间站机器人、在轨自由飞行空间机器人等几类轨道空间机器人工程应用现状，以及已成功在轨应用月面机器人和火星机器人两类星表机器人系统的应用现状。其次，针对空间机器人后续日益复杂的任务需求，探讨了空间机器人在机构构型、关节驱动、末端操作、感知认知、行走移动、动力学与控制等方面面临的技术挑战。然后，论述了空间机器人在多臂、超冗余、柔性化、可重构、仿生等新型机构构型方面的探索，介绍了空间机器人主动、被动柔顺关节方面的研究进展，论述了空间机器人末端执行器在专用化工具及通用化多指灵巧手两个方向的研究进展，总结了星表机器人在新型移动机构构型、高自主导航方面的研究进展，介绍了空间机器人在多传感器集成融合、力与触觉感知方面的研究进展，论述了空间机器人在多臂协调控制、柔顺控制、漂浮基座抓捕动力学控制等方面的研究进展。最后，展望了空间机器人在空间目标抓捕与移除、高价值飞行器在轨服务与维修、空间大型构件在轨组装及星球科学探测等方面的应用前景。

空间机械臂技术综述及展望

刘宏, 刘冬雨, 蒋再男

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24164

2021, (1): 524164-524164.

摘要

介绍了国外空间机械臂在轨技术验证与工程应用的概况，从任务类型、构型配置、末端执行器与操作方式方面分析了空间机械臂技术的发展趋势。综述了空间机械臂的任务规划、系统控制、路径规划、视觉感知、末端执行器、遥操作控制及地面试验验证7项关键技术。介绍了中国试验七号与天宫二号空间机械臂在轨验证情况，重点介绍了正在研制的中国空间站机械臂基本方案。最后，总结了目前空间机械臂技术存在的问题，并对中国未来空间机械臂技术发展提出了建议。

空间在轨装配技术综述

王明明, 罗建军, 袁建平, 王嘉文, 刘聪

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23913

2021, (1): 523913-523913.

摘要

代表国家科技实力的空间站、空间望远镜、大型通信天线、空间太阳能电站、在轨燃料补给站、深空探测中转站及地外基地等空间大型平台和基础设施的建设需求日益迫切，如何对此进行智能自主建造是当前的巨大技术挑战。鉴于大型平台与基础设施在未来空间探索中的重要性，国内外航天研究机构均提出并发展了在轨装配的系列技术方案。本文主要对在轨装配研究现状和技术发展情况进行系统地综述。首先分析了有人与无人在轨装配的国内外技术进展，总结了在轨装配技术的发展路线、装配层次与方法；然后在此基础上，详细梳理了在轨装配的技术需求和应用前景，并得出在轨装配的使能关键技术——模块化技术、机器人技术和地面模拟装配技术，预期为中国未来的空间在轨装配研究提供有益的参考。

星表移动探测机器人研究现状综述

张元勋, 黄靖, 韩亮亮

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23909

2021, (1): 523909-523909.

摘要

星表移动探测机器人是多学科、高新技术的结晶，用于非结构化环境中的星球表面探测，能有效减轻人类工作强度、保护人身安全以及代替人类完成恶劣环境下的科研探测工作，有着巨大的经济和社会效益。本文对已发射的探测器进行了统计，系统梳理了成功着陆月球、火星的探测机器人的技术参数、结构与机构组成等，综合对比了各国在星表移动探测机器人研制方面的技术状态。结合国内外的研究现状和成果，重点针对星表移动探测机器人移动系统的研究进行了梳理，将星表移动探测机器人从运动形式上划分为轮式、腿式、履带式及其他类型4种形式，对每类机器人的研究进展、技术参数、结构与机构形式、运动形态等进行了系统回顾和详细分析。结合星表移动探测机器人面临的探测任务及发展方向，对星表移动探测机器人未来发展趋势进行了展望。

悬吊式微低重力环境模拟技术研究现状与展望

高海波, 牛福亮, 刘振, 于海涛, 李楠

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23911

2021, (1): 523911-523911.

摘要

宇航空间中的微低重力环境使得所处其中的航天器和宇航员表现出与在地面重力环境下不同的受力状态和动态性能，因此需要在地面对这种微低重力环境进行模拟。综述了目前常用的几种微低重力模拟方法，其中悬吊法因为模拟时间长、模拟范围大、不引入附加惯量的优势被广泛采用。从微低重力模拟原理角度对现有的悬吊式微低重力模拟系统研究成果进行了分类和国内外研究现状的综述。根据微低重力模拟的需求归纳了悬吊式微低重力模拟系统的2条设计准则和3个关键技术，详细综述了这3个关键技术的研究现状。探讨了未来悬吊式微低重力模拟系统设计方面和3个关键技术方面的发展趋势。

星球表面着陆巡视一体化探测机器人研究进展

路达, 刘金国, 高海波

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23742

2021, (1): 523742-523742.

摘要

针对深空探测领域星球表面着陆巡视一体化的探测任务需求，全面而简要地回顾了国内外星球表面着陆巡视探测任务的发展历程，概述了在着陆过程中减速和缓冲减振方法及移动探测情况，指出了传统着陆巡视系统存在系统复杂、可靠性低、着陆缓冲装置的质量和体积占比高、着陆后姿态无法调整等局限，对比分析了着陆巡视一体化机器人的优势。在此基础上，分别综述了腿式移动机器人、风力驱动球形机器人、小型跳跃机器人和张拉整体机器人等具备着陆巡视一体化功能的机器人的研究进展；对各类机器人的性能特点进行了对比分析并给出了各自的适用范围；最后展望了未来星球表面着陆巡视一体化机器人的发展趋势，探讨了未来有待于进一步深入研究的难题及可能的解决途径。

小型星表探测机器人发展现状与趋势

辛鹏飞, 李德伦, 刘鑫, 张沛, 陈磊, 刘宾

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23897

2021, (1): 523897-523897.

摘要

针对深空探测中（尤其是月球、火星和小行星探测）大型着陆探测器对小型移动机器人作为重要科学载荷的需求，综述了国内外小型星表探测机器人领域的发展现状，着重介绍了面向月球探测、火星探测和小行星探测的代表性小型机器人的任务需求、基本构型和样机测试情况。在系统总结小型星表探测机器人关键技术及发展趋势的基础上，提出了未来中国在该领域发展、完善的建议。分析表明：月球探测的高研究价值区域多位于崎岖地形中，体积小、运动性能强的轮式、足式机器人受到广泛关注，日本、英国、瑞士等国家已提出多种小型机器人概念，并研发原理样机进行测试试验；针对火星等存在稀薄大气层的星体探测，定位于配置组件的旋翼式无人机已成为国内外关注和研制的重点之一，同时面向特殊极端地形探测的小型轮式、翻滚式机器人也进入到原理样机测试阶段，美国在这些领域均保持突出优势；针对小行星等小质量、弱引力天体探测，小型翻滚式机器人成为其着陆探测的主流，美国开展了原理样机设计与试验，日本通过"隼鸟2号"任务已成功实现在轨应用。

空间大型星载抛物面天线研究进展

陈传志, 董家宇, 陈金宝, 林飞, 蒋松, 刘天明

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23833

2021, (1): 523833-523833.

摘要

抛物面天线作为星载天线的重要组成部分，在深空探测、移动通信、国防事业、气象监测等方面均具有广泛应用，近年来随着上述学科的快速发展，抛物面天线的研究也越来越受到人们的重视。针对空间大型星载抛物面天线的发展与需求，首先系统地概括了国外星载抛物球面天线的发展现状，综述了刚性、网状以及充气式星载抛物球面天线，对各类星载抛物球面天线的结构、性能进行了较为详细的描述和分析，对国内在该领域的部分研究成果进行了简述。然后梳理了星载抛物柱面天线的发展，对国内外具有代表性的抛物柱面天线进行了介绍，对抛物球面天线和抛物柱面天线进行了参数对比与分析。接下来对近年来针对星载抛物面天线的相关技术进行了介绍。最后对星载抛物面天线的发展趋势做了简要分析与预测。

一种星球探测六足轮腿机器人的设计与运动规划

秦日鹏, 徐坤, 陈佳伟, 韩亮亮, 丁希仑

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24244

2021, (1): 524244-524244.

摘要

针对星球探测，设计了一种具有高度对称性的六足轮腿机器人。为适应星球表面的复杂环境，该机器人具有不仅在机身水平面内中心对称而且关于机身水平面对称的结构，同时能够通过腿部构型的变化实现两种运动方式：轮行模式和足行模式。机器人的膝关节采用双平行四边形的传动机构，克服了现有足式机器人膝关节平行四边形机构传动的奇异问题，增加了膝关节的转动范围，实现了单腿关于机身水平面的对称运动。设计了一种基于指数坐标在SE （3）空间上规划的自适应步态，机器人可以利用该自适应步态在没有视觉传感器和局部地图的条件下，仅依靠足底力传感器和机身的惯性测量单元，实现自主连续稳定的行走。利用该机器人结构的高度对称性，提出了一种倾倒恢复策略以适应星球探测过程中的需求。以Adams和MATLAB为虚拟的仿真环境，对六足轮腿机器人的运动模式切换、自适应步态及倾倒恢复进行了仿真，验证了可行性。

基于状态观测器的空间机械臂关节故障诊断

贾庆轩, 符颖卓, 陈钢, 徐文倩

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23728

2021, (1): 523728-523728.

摘要

为了实时检测空间机械臂关节故障的发生并获得有效的故障信息，提出一种基于状态观测器的关节故障诊断方法。通过结合滑模变结构控制理论设计滑模状态观测器，获得机械臂各运行状态的残差信息，并将其与设定的阈值比较，实现关节故障的检测。进而引入不同的故障模式，构建故障数据库，将实际关节故障所导致的机械臂故障残差信息与故障数据库对比，完成故障发生位置及其故障程度的识别。所提诊断方法考虑了空间机械臂系统内部强耦合特性，能够及时检测故障的发生并获取有效的故障信息。最后以7自由度空间机械臂为对象开展数值仿真研究，验证了所提关节故障诊断方法的有效性。

基于动力学RRT*的自由漂浮空间机器人轨迹规划

葛佳昊, 刘莉, 董欣心, 田维勇, 陆天和

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23877

2021, (1): 523877-523877.

摘要

针对自由漂浮空间机器人（FFSR）轨迹规划问题，提出了一种基于动力学RRT*算法的FFSR轨迹规划方法。首先，建立了FFSR的运动学与动力学模型，将系统模型伪线性重构为状态空间模型，并设计了考虑位姿调整时长和能量消耗的加权目标函数；然后，针对机械手初末位置间的障碍，简化避障方法，提出了机械臂避障与机械手避障两层次避障策略，提高碰撞检测效率；接着，给出了多体系统的动力学RRT*逼近最优轨迹的方法；最后，为验证算法有效性并不失一般性，选取平面2连杆FFSR模型进行数值仿真并用经典RRT*算法和高斯伪谱法与之对比。仿真结果表明，该方法能够以较快的速度生成可行的机器人移动轨迹。

基于FastSLAM的绳系机器人同时定位与地图构建算法

王小涛, 张家友, 王邢波, 韩亮亮

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23893

2021, (1): 523893-523893.

摘要

绳系式移动机器人可用于极端地形的探测，如陡峭斜坡、松软土壤、高耸悬崖、沟壑等。在运动过程中移动机器人的绳索不可避免地与障碍物接触甚至缠绕。由于绳索与障碍物之间的接触点不相互独立以及机器人模型的非线性特性，经典的FastSLAM框架不适用于绳索机器人的同时定位和地图创建（SLAM）问题。提出基于改进FastSLAM框架的绳系机器人SLAM算法。在该框架中，分别利用无迹滤波和粒子滤波解决接触点位置估计和机器人位姿估计问题，并利用非线性观测模型的无迹变换来简化粒子权重更新。仿真结果表明，该算法可有效地估计接触点位置，同时提高机器人位姿估计性能。

基于干扰观测器的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法

刘璟龙, 张崇峰, 邹怀武, 李宁, 吴琳娜

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23899

2021, (1): 523899-523899.

摘要

由于强非线性、强耦合和强时变等特征，柔性空间机器人的稳定精细控制问题一直是一个重大挑战。轻质小型化机器人受空间及重量限制，其关节柔性通常不可忽略，这部分柔性主要是由谐波减速器和力矩传感器的柔性造成的。传统的运动学控制在空载时能保持稳定，但是对大负载、快速运动时的适应性差，严重时机械臂抖动剧烈甚至发散。针对以上特征，提出了一种基于非线性干扰观测器和动力学极点配置的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法。仿真实验证明，该方法可以有效地抑制柔性激振，保证响应的快速性和准确性，同时有较好的鲁棒性，能够适应不同类型扰动的影响和末端环境柔顺控制的要求，对工程应用具有一定的参考意义。

复杂大时延的多主多从共享遥操作方法

李文皓, 张珩, 冯冠华

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23896

2021, (1): 523896-523896.

摘要

共享遥操作结合了遥操作和多机器人协调技术，是重要的空间机器人复杂任务拓展和遥操作可靠性提升方式。首先，在综述现有共享遥操作技术的基础上，利用遥操作系统的超前预报特性，提出机器人复杂大时延的共享遥操作方法，给出了多操作员多机器人（MM/MS）复杂操作系统描述模型，设计了分时树状分组策略并给出其使用的前提条件。提出了MM/MS组间共享遥操作方法、时延信息维护规则、操作请求判断和状态信息维护方法。然后，给出了相应组内共享遥操作算法。最后，以多操作员单机器人（MM/SS）共享遥操作为例，给出了简化规则，使用以某大型空间机械臂为对象的MM/SS遥操作系统进行了数字仿真实验。实验结果表明：本文方法在20 s级不确定时延、操作端的交互时延与遥操作回路时延比为0~1等复杂条件下，均可实施连续稳定的遥操作。

空间机器人抓捕目标后的载荷分配

周逸群, 罗建军, 王明明

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23915

2021, (1): 523915-523915.

摘要

针对多臂空间机器人以软指接触形式抓捕目标后的情形，提出了一种综合考虑摩擦约束及机械臂能力约束的目标期望合外力的载荷分配方法。首先，建立空间机器人系统与目标的动力学方程，作为载荷分配问题的基础。然后，在地面机器人相关研究的基础上，建立机械臂末端与目标表面的软指接触模型，并建立二者之间的运动约束关系。为简化优化计算，将摩擦锥约束线性化，并建立考虑关节扭矩限制的机械臂能力约束，从而将抓捕力优化的非线性规划问题转化为线性规划问题。最后，采用双臂空间机器人模型进行数值仿真，表明所提方法针对目标各种形式运动进行载荷分配的有效性。

基于3RRS-Bricard复合空间捕获系统运动学分析

刘维惠, 李晓辉, 文闻, 赵靖超, 姚燕安, 李锐明

doi:10.7527/S1000-6893.2020.23922

2021, (1): 523922-523922.

摘要

面向跨尺度、目标多样化的空间捕获任务，融合Bricard和3RRS机构的折展特性和几何特点对复合捕获系统运动学进行了分析。基于捕获系统的自由度和构型特点分析，通过构建Bricard与3RRS间的转换关系实现了捕获系统各机构间的运动学解耦。根据六棱柱模型，引入Bricard虚拟顶点，设计了面向复合空间捕获系统的运动学求解方法。在仿真环境下搭建捕获系统的运动学和动力学模型，并开展针对动态捕获目标的轨迹跟随实验。通过与基于闭环约束的阻尼最小二乘法（DLS）对比，验证了该运动学求解算法的有效性和先进性。实验结果表明，捕获系统可实现平稳的协同控制，运动过程中位置跟随精度优于4 mm，姿态精度优于0.035 rad。

空间机械臂维修性系统设计与评价体系的构建

朱超, 孔旭, 胡成威, 唐自新, 李德伦, 王友渔, 王康

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24002

2021, (1): 524002-524002.

摘要

空间机械臂维修性系统设计与评价体系的构建对机械臂维修具有非常重要的意义。结合空间机械臂维修性需求，建立了机械臂"设计-验证-设计-评价"全周期系统性的维修性设计与评价体系，根据维修性系统设计体系进行维修性设计-验证-再设计的循环管理，再根据维修性评价体系，三类评价人员模拟在轨维修操作场景分别开展维修评价，最终根据评价指标中的不合格项进行设计迭代。以机械臂中央控制器在轨维修为例验证该评价体系。研究结果将为后续空间机械臂维修性设计与评价工作提供体系借鉴和工程指导。

轮地力学模型参数灵敏度分析与主参数估计

周如意, 丰文浩, 邓宗全, 高海波, 丁亮, 李楠

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24076

2021, (1): 524076-524076.

摘要

在星球探测过程中，星球车需要估计地面力学参数以及时调整控制策略，快速适应地形变化。针对形式复杂，参数耦合的轮地相互作用模型，采用Sobol灵敏度分析方法，分别对模型中的地面承压特性参数和剪切特性参数的灵敏度进行定量分析，筛选出沉陷指数与内摩擦角作为模型的主导参数，用于反映地面承压特性和剪切特性的变化。基于轮地相互作用力学平衡方程，通过简化应力分布公式，进一步推导出主导参数的解析表达式。通过以典型值固定非主导参数，利用系统状态参数和滤波处理完成地面力学特性主导参数的估计。结果表明，所提出的地面力学主导参数解析式及相应的估计方法能够快速反映地形的变化，沉陷指数估计的平均相对误差为2.8%，内摩擦角估计的平均相对误差小于3%。估计结果可准确预测车轮牵引力，为实现实时控制提供必要信息。

基于多智能体强化学习的空间机械臂轨迹规划

赵毓, 管公顺, 郭继峰, 于晓强, 颜鹏

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24151

2021, (1): 524151-524151.

摘要

针对某型六自由度（DOF）空间漂浮机械臂对运动目标捕捉场景，开展了基于深度强化学习的在线轨迹规划方法研究。首先给出了机械臂DH （Denavit-Hartenberg）模型，考虑组合体力学耦合特性建立了多刚体运动学和动力学模型。然后提出了一种改进深度确定性策略梯度算法，以各关节为决策智能体建立了多智能体自学习系统。而后建立了"线下集中学习，线上分布执行"的空间机械臂对匀速直线运动目标捕捉训练系统，构建以目标相对距离和总操作时间为参数的奖励函数。最后通过数学仿真验证，实现了机械臂对各向匀速运动目标的快速捕捉，平均完成耗时5.4 s。与传统基于随机采样的规划算法对比，本文提出的自主决策运动规划方法求解速度和鲁棒性更优。

月面巡视机器人快速安全路径规划

于晓强, 郭继峰, 赵毓, 颜鹏

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24153

2021, (1): 524153-524153.

摘要

为提高月面巡视机器人自主探测任务的效率及安全性，提出了一种基于月面数字高程地图的大范围自主探测快速安全路径规划算法。首先根据获取的月面数字高程地图设计了一种地形可通过性分析方法，并生成了欧几里得距离地图（EDM）为安全路径规划提供参考。然后针对A*算法解决月面巡视探测问题时搜索速度慢、未考虑路径安全性的问题，提出了FSA*算法，改进了A*算法的搜索机制以适用于月面大范围路径的快速搜索，并结合EDM地图设计了一种安全启发式函数，可使生成路径尽量远离危险区域，提高了巡视机器人自主探测过程的安全性。最后选取月球艾特肯盆地区域作为仿真场景，验证了该算法的有效性。

空间失效慢旋卫星视觉特征跟踪与位姿测量

刘宗明, 牟金震, 张硕, 杜宣, 曹姝清, 张宇

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24163

2021, (1): 524163-524163.

摘要

空间碎片或者失效卫星往往绕其惯性主轴做自旋运动，虽然处于一种稳定状态，但是对其运动状态测量的难度相比三轴稳定目标而言又增加了许多，主要体现在复杂光场环境下和目标观测面周期性进出视场引起的特征点丢失、尺度变化和旋转变化，以及长时间连续观测引起的累积误差增大、位姿解算不收敛等难题。通过构建优化目标特征数据库，将传统测量方式中前后帧的匹配转变为当前帧与特征数据库的匹配和特征点的优化，即使中间过程帧出现了偏差仍然可以较好地跟踪后续图像帧的正确位置。在李代数空间下建立位姿向量微分扰动方程，获得测量值与估计值的残差目标函数，基于贝叶斯法则最大后验概率和李群与李代数的对指变换法则，求取位姿向量最优解。解决了李群空间下由于位姿变换矩阵不可加性而无法优化的问题，提高了连续测量过程中系统的测量精度。实验结果表明，无优化测量方法无法保证整个旋转周期的有效测量；通过增加位姿优化过程，连续稳定测量时间明显延长，针对以12（°）/s自旋运动的目标，测量稳定段误差在2°以内，旋转角速度测量误差为0.12（°）/s。

月面环境三维激光SLAM技术

尚天祥, 王景川, 董凌峰, 陈卫东

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24166

2021, (1): 524166-524166.

摘要

同步建图与定位（SLAM）可实现月球车在未知复杂月面环境下的定位与导航，月球表面由陨坑、石头等起伏地形构成，缺乏树木、建筑物等地面存有的显著特征，大量特征不显著的点云数据会对月球车定位精度和实时性造成影响。本文提出了一种针对月面环境的显著特征点云提取方法以及基于曲面定位能力估计的增量式优化算法，通过Fisher信息矩阵计算曲面定位能力指标，获取机器人位姿估计的不确定性测量，利用增量式的SLAM方案进行优化，用于提高定位精度与实时性。通过在Gazebo （物理仿真平台）仿真场景下的测试，验证了算法性能。

月面特征稀疏环境下的视觉惯性SLAM方法

谢洪乐, 陈卫东, 范亚娴, 王景川

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24169

2021, (1): 524169-524169.

摘要

月球车在执行科学探测任务过程中，其自身的高精度定位是一项亟需解决的关键问题。针对在特征稀疏的月面环境下的定位问题，提出一种视觉惯性融合的SLAM方法，将视觉测量与惯性传感器的信息利用位姿图优化方法融合，实现高精度的联合定位。针对特征稀疏环境下的前端视觉数据关联误差较大的问题，提出了一种基于四元树的光流跟踪算法，能够有效地跟踪鲁棒的特征点，提升了关键帧之间相对位姿估计的准确性。并且针对月面环境特有的恒星无穷远点干扰问题，提出一种高效的恒星点剔除算法，能够有效改善无穷远点导致的定位精度下降的问题。搭建了一套模拟月面环境的计算机仿真系统，并构建了多个月面环境视觉惯性SLAM仿真数据集，在不同的模拟月面场景下进行定位性能仿真验证，仿真测试结果表明本文算法的鲁棒性更强，具有更高的定位准确度。

空间多机器人协同的多视线仅测角相对导航

韩飞, 刘付成, 王兆龙, 杜宣, 刘珊珊, 刘超镇

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24174

2021, (1): 524174-524174.

摘要

研究了空间多机器人对非合作目标的多视线协同仅测角相对导航问题。为利用多视线信息融合提升仅测角相对导航性能，给出了一种可观测度优化的多视线仅测角相对导航方法。首先基于二阶CW方程构建了中心机器人与目标相对动力学模型和状态方程，并构建了仅包含多伴飞机器人视线角的观测方程，结合扩展卡尔曼滤波算法，形成多视线仅测角相对导航系统；然后分析推导得到可观度最优的视线间夹角条件，提出了兼顾可观测度和长期自然维持的多伴飞机器人观测构型优化方法；最后，数学仿真结果表明，提出的多视线仅测角相对导航系统、可观测度最优的视线夹角条件和观测构型优化方法，可以显著提高距离状态可观测度和估计性能，且具有较好的工程可用性。

轮腿式火星探测机器人的多目标协同控制

孙筵龙, 何俊, 邢琰

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24246

2021, (1): 524246-524246.

摘要

火星探测任务要求机器人具有对未知的不规则地形的自适应能力和动态稳定性。针对轮腿式火星探测机器人，提出了基于运动学反解模型、车体姿态和轮壤接触力的多目标协同控制策略。通过车体姿态调整运动学建模、一阶低通滤波及腿部阻抗控制算法和基于腿部运动危险系数的重心高度调整算法，实现了车体姿态的跟踪控制、轮壤恒力接触控制和重心最优高度控制，提升了轮腿机器人在非结构地形中的自适应能力、运动稳定性及腿部运动空间的安全性。在MATLAB和UG中建立联合仿真模型，验证了控制策略的有效性。