異類細胞單元構型策略與裝配研究

呂晶薇 高語斐 戴野 劉朝旭 齊云衫 張瀚博

摘 要：針對空間設施建設的問題，基于機器人系統的多層次理論，設計了四種空間桁架在軌組裝機器人的異類細胞單元模塊，構建了滿足于空間桁架在軌組裝的多種機器人構型方案。對多種空間桁架在軌組裝機器人構型進行了運動學仿真分析，得到機器人在桁架組裝過程中，其關節旋轉運動和裝配運動的相關軌跡曲線，搭建了機器人的運動學實驗平臺，分析實驗產生誤差的原因。驗證了機器人運動性能的可靠性與桁桿組裝的準確性，探討了機器人運動誤差和對桁桿裝配精度的影響。研究結果可為空間桁架在軌組裝異類細胞單元衍生構型與裝配提供一種理論和技術支持。

關鍵詞：運動學;構型方案;協同組裝;空間桁架;細胞單元

DOI：10.15938/j.jhust.2021.06.008

中圖分類號： V11

文獻標志碼： A

文章編號： 1007-2683（2021）06-0055-11

Study on Cell Configuration Strategy and On-orbit

Assembly of Heterogeneous Cells

L Jing-wei， GAO Yu-fei， DAI Ye， LIU Zhao-xu， QI Yun-shan， ZHANG Han-bo

（1.Beijing Satellite Manufacturing Co.， Ltd.， Beijing 100094， China;

2.Key Laboratory of Advanced Manufacturing Intelligent Technology of Ministry of Education， School of Mechanical and Power Engineering，

Harbin University of Science and Technology， Harbin 150080， China;

3.Institute of Digital Design and Automatic Machinery Product Development， School of Mechanical and Power Engineering，

Harbin University of Science and Technology， Harbin 150080，China）

Abstract：Aiming at the problems of space facilities construction， based on the multi-level theory of robot system， four kinds of heterogeneous cell modules of space truss on-orbit assembly robots were designed， and a variety of robot configuration schemes for space truss on-orbit assembly were constructed. The kinematics simulation analysis was carried out for various space truss in-orbit assembly robots， and the relative trajectory curves of joint rotation and assembly motion were obtained during the truss assembly process. The kinematics experiment platform of the robot was built， and the causes of experimental errors were analyzed. The reliability of the robot motion performance and the accuracy of the truss assembly are verified， and the influence of the robot motion error and the truss assembly accuracy is discussed. The results of this study can provide a theoretical and technical support for the configuration and assembly of heterogeneous cell derived from space truss in-orbit assembly.

Keywords：kinematics; configuration scheme; collaborative scheme; space truss; cell unit

0 引 言

航天技術經過半個多世紀的發展和實踐，人類在認識空間，進入空間和利用空間的技術層面上取得了初步成果。目前，隨著大型空間結構的規模、在軌操作量級以及任務復雜程度急劇增加，大尺寸的空間設施難以一次性發射升空，需分模塊發射后進行在軌裝配[1-4]。由于大型空間設施的功能及其內部結構復雜化，傳統的空間機械臂或轉位機構在完成大型空間設施的在軌組裝任務時，越來越顯現出局限性，在這種條件下，一種專用于大型空間設施艙段之間連接桁架的在軌組裝機器人應運而生[5-7]。

空間桁架在軌組裝機器人是一種多層次可重構的模塊化空間細胞機器人，具有靈活性、完備性、自主性等特點，可以靈活的根據在軌操作任務的變化，通過細胞單元的重構組合，衍生出多種結構構型的空間操控機構[8]。當其中某一模塊發生故障時，可以通過重構功能利用功能相同的模塊替換失效模塊，從而保證任務繼續執行，特別適用于未來航天任務中大型空間設施建設與在軌組裝的任務中[9-12]。

由于空間桁架在軌組裝機器人由多種異類細胞單元模塊組成，如何根據在軌任務的變化，轉變和生成相應的機器人在軌工作構型，是當前需要解決的問題之一。針對這個問題，國內外學者對機器人的重構方法進行了大量的研究。

日本名古屋大學提出了一種名為CEBOT[13-14]的異構細胞體模塊機器人，該機器人由分級的易異構系統構成，為了解決機器人重構的問題，他們提出了分布式遺傳法，在之后又提出了“熵最大原則”和“熵最小原則”兩種重構方法分別用于解決多種復雜和簡單少量的機器人工作任務[15]。美國南加利福尼亞大學提出了一種模塊化自重構機器人的最優重構規劃方法（ORP），其目標是找到將一個任意配置的可重構模塊轉化成另一個的最短重構序列，該方法包括“MDCOP算法”和“GreedyCM算法”，前者用于找尋初始配置到最終配置的最大匹配邊，生成基于圖論的最優重構步驟，后者可以在時間多項式中找到一個近似的最佳重構方案[16-17]。

天津理工大學提出了一種基于SCM拓撲空間連接矩陣的無編號分布式重構策略。該方法根據一種名為M2sbot單元模塊的結構特點，在重構過程中，通過遍歷順序找到不需要重構的公共拓撲，按照根節點連接器的順序通過深度優先搜索算法進行重構。該重構方法不僅降低了重構的復雜度，而且可以在圖形界面實現人機交互，對動態環境實時監控[18-19]。上海交通大學提出了一種逐步填充式自變形方法對名為M-cube的單元模塊進行自重構運動規劃，逐步填充式自變形算法將當前構型與目標構型的重心之間的距離函數定義為每個模塊的運動啟發信息，再根據模塊自身的運動空間預測分析，使驅動模塊不斷向目標位置運動，最終填滿目標構型[20]。該種方法可以根據該模塊運動特點，填充時按照“先下后上，先里后外”的原則，先填充目標區域的底部和里部區域，保證自變形過程順利實現，使其能夠快速完成該類自重構模塊化機器人系統的自變形任務[21-22]。

目前國內外對空間在軌操作機器人重構方法僅限應用于其自主設計的機器人單元模塊，不具有通用性。本文在空間桁架在軌組裝機器人的基礎上，以空間桁架組裝任務為背景，提出一種用于空間桁架在軌組裝機器人細胞單元模塊重構和機器人構型轉化的重構策略方法，并進行理論延伸，使其具有通用性，以適用于不同類型的模塊重構和構型轉化的機器人重構任務中。

1 空間桁架在軌組裝機器人

1.1 空間桁架在軌組裝機器人組成

空間桁架在軌組裝機器人是一種多層次的模塊化機器人，主要由多種異類細胞單元模塊構成，能夠在微重力軌道環境中，根據空間桁架在軌組裝任務的需要，通過異類細胞單元模塊的重構組合，衍生出多種在軌協同操作的機器人構型，以完成機器人在桁架上的移動、抓持、傳遞、組裝等一系列的空間桁架組裝工作，具有靈活性、完備性、自主性等特點，多種異類細胞單元模塊可以分為細胞質單元模塊、轉動細胞模塊、夾爪功能和旋轉功能等模塊。

由于空間桁架體量和尺寸較大，傳統的單機器人裝配方式滿足不了空間桁架組裝要求，針對該問題，本文采用擴展式的空間桁架組裝方式，將空間桁架進行模塊化的區域劃分，并結合多種構型機器人協同在軌組裝的工作形式，將桁架有規律的進行延伸組裝，以完成大體量空間桁架的裝配任務。機器人在軌協同裝配空間站的連接桁架示意圖，如圖1所示。

1.1 空間桁架的構型分析

空間桁架作為空間站的重要組成部分，應具有強度高、易組裝、結構穩定等特點。本文為了保證空間桁架的穩定性能，在現有桁架構型的基礎上創新設計了一種可延伸的三棱柱空間桁架構型。三棱柱空間桁架作為整體桁架組成的最小單元，可以延伸裝配，利用桁桿和球頭的不斷堆疊，最終將完成整個空間桁架的組裝。這種空間桁架結構由于具有質量輕、拆裝靈活、承載能力強、可在軌組裝、在軌重構等特點，既可以作為航天器的主體承力結構，又可以作為有效載荷的支撐結構，未來將會廣泛應用于航天工程領域中。

空間桁架具體結構由桁桿、球頭、自動鎖緊裝置、徑向和軸向連接頭組成。本文創新的采用了一種側推式的空間桁架的組裝形式，能夠借助桁架中桁桿和連接球頭本身的鎖緊機構，可以避免復雜的桁架組裝流程，以完成桁桿的裝配工作。

創新設計的自動鎖緊裝置是連接球頭與徑向連接頭的重要組成部分。在進行空間桁架單個桁桿的組裝過程中，自動鎖緊裝置可以在桁桿的徑向連接頭靠近時，通過鎖緊裝置中設有的彈簧卡夾，可以自動完成組裝桁桿的鎖緊工作;同時，球頭作為桁架節點，其組裝原理與單個桁桿的組裝原理相似，利用自動鎖緊裝置末端的長銷與球頭中的銷孔相連并鎖緊，即可完成球頭節點的組裝。

因此，在失重和無介質環境中，根據動量守恒定律，無論裝配任何方向的桁桿和球頭節點，只需要通過在軌工作的機器人將桁桿和球頭節點裝配到自動鎖緊裝置中，即可完成空間桁架的組裝工作。

1.2 協同組裝機器人的構型分析

空間桁架在軌組裝機器人在桁架裝配的過程中主要實現以下3大功能：一是對桁架進行組裝;二是能夠在桁架上進行桁桿等零件的搬運;三是抓取桁桿等零件，對其進行相對安裝位置的調整。

在空間桁架的組裝任務中，采取多機器人協同裝配的擴展式桁架的組裝方式，主要通過搬運機器人、傳遞機器人和組裝機器人3種機器人配合工作，形成一個機器人團隊，初步的構型方案如圖2所示。

搬運機器人主要負責桁架零件的搬運工作，需要把桁桿從零件庫中進行提取，并搬運給下一工位的傳遞機器人進行桁桿的傳遞，是空間桁架組裝的第一步;傳遞機器人主要負責對桁桿進行傳遞，需要把桁桿從上一工位的機器人夾爪中進行抓取傳遞，抓取后再傳遞給下一工位的機器人，隨著桁架的組裝擴展，傳遞機器人的在軌工作數量逐步增加，是空間桁架組裝的重要紐帶;組裝機器人負責把上一工位機器人傳遞的桁桿零件進行抓取，并根據組裝要求進行桁桿的裝配，是空間桁架在軌組裝任務中最重要的功能機器人。

根據機器人的構型設計方案可知，3種空間桁架在軌協同組裝機器人的結構構型由不同數量和功能的細胞單元模塊組成，3種機器人的功能實現均依靠相應的關節模塊完成預定的執行操作。通過對不同功能的機器人構型方案進行分析，得到機器人的基本構型參數如下表1所示。

由表1可知，3種功能機器人均由細胞質單元模塊、轉動細胞模塊和夾爪功能模塊構成，但不同功能機器人的單元模塊組成數量是不同的。這種機器人構型的結構設計，可以使機器人具有不同的操作自由度，以最大化的滿足于機器人操作功能的實現。3種協同組裝機器人的構型簡圖如圖3所示。

由上表2可知，3種不同功能機器人完全舒展達到最大尺寸時，各個關節旋轉角度的基本運動參數。根據三種機器人的結構構型、運動方式和相關尺寸參數計算可以得出，搬運機器人完全展開時機械臂長度為900mm，傳遞機器人機械臂的最大伸展長度為500mm，組裝機器人機械臂的最大伸展長度為900mm。

如圖4所示，當機器人在軌協同組裝團隊中包含1個傳遞機器人作為桁架零件的傳送紐帶時，最大可以組裝尺寸長度為3700mm的空間桁架。每增加1個傳遞機器人作為桁架零件的傳遞紐帶時，空間桁架的尺寸長度可以擴展增加1000mm。因此，根據空間桁架的組裝需要，增加或減少在軌工作的機器人數量，即可完成不同尺寸的空間桁架的組裝工作。

2 機器人桁架組裝的運動學分析

運動學是開展空間桁架在軌組裝機器人特性分析的基礎。本文主要通過分析機器人在軌協同組裝的運動形式，對機器人在軌組裝運動過程進行計算機模擬，得出機器人在進行桁架裝配工作時，其轉動關節驅動桁桿的位置、速度、加速度等變化曲線，驗證機器人運動性能的穩定性與桁桿組裝的準確性。

2.1 機器人坐標系的建立

空間桁架在軌組裝機器人的三維模型如圖5所示。為了描述機器人相鄰關節之間的運動關系，采用D-H參數求解方法建立機器人各個關節的連桿坐標系，如圖6所示。

具體的組裝機器人D-H參數如下表3所示：

2.2 機器人的運動學方程

根據機器人建立的關節坐標系和相關的D-H參數，可以通過建立機器人的運動學方程，求解機器人末端關節相對參考系的運動位姿。

機器人的齊次變換矩陣A為

An+1=nn+1T=cosθn+1-sinθn+1cosαn+1sinθn+1sinαn+1an+1cosθn+1

sinθn+1cosθn+1cosαn+1-cosθn+1sinαn+1an+1sinθn+1

0sinαn+1cosαn+1dn+1

0001（1）

機器人主要利用構型中的擺轉和旋轉關節模塊驅動末端夾爪進行相關的運動操作，本文通過結合坐標系的相關參數和齊次變換矩陣方程，對不同轉動關節進行求解，可以求得：

1）旋轉關節1的齊次變換矩陣：

A1=01T=cosθ1-sinθ100

sinθ1cosθ100

0010

0001（2）

2）旋轉關節2的齊次變換矩陣：

A3=23T=cosθ3-sinθ30a3cosθ3

sinθ3cosθ30a3sinθ3

001d3

0001（3）

3）擺轉關節1的齊次變換矩陣：

A2=12T=cosθ20-sinθ2a2cosθ2

sinθ20cosθ2a2sinθ2

0-100

0001（4）

4）擺轉關節2的齊次變換矩陣：

A4=34T=cosθ40-sinθ40

sinθ40cosθ40

0-100

0001（5）

因此，通過齊次變換矩陣可以得到多自由度的機器人正向運動學表達式為04T=A1A2A3A4。

2.3 機器人的組裝運動分析

對機器人模型進行運動過程的分析，如圖7所示。

由圖7可以看出，機器人在指定的初始位置正處于待命狀態，當接收到上一工位機器人的信號時，其構型中的擺轉和旋轉關節開始轉動，帶動末端夾爪到達相應位置進行桁桿的抓取，此時末端夾爪張開，并在桁桿的定點位置準確的完成桁桿的抓取;桁桿抓取后，上一工位機器人在其旋轉關節的帶動下，與桁桿分離，完成桁桿的傳遞工作;機器人完成桁桿抓取后，其構型中的擺轉和旋轉關節開始協同轉動，進行桁桿裝配位置的的調整;調整位置后，機器人通過相關轉動關節的帶動下，在準確的位置完成桁桿的裝配工作。

2.4 機器人運動學仿真結果及分析

機器人在理想狀態下進行空間桁架在軌裝配時，末端夾爪所夾取的桁桿軌跡決定了桁桿組裝的準確性，機器人裝配運動決定了桁桿組裝的精確度。通過運動學分析，得出機器人旋轉運動的角速度與角加速度變化曲線，如圖8所示。

由圖8可知，3s時桁桿在機器人第二旋轉關節的帶動下開始在z軸方向進行旋轉運動，6s時桁桿調整到相應的空間位置上，4.5s時角速度達到最大，角速度與角加速度的曲線是同步變化的，桁桿的旋轉運動平穩，符合運動規律。

代表機器人裝配運動的角速度與角加速度變化曲線，如圖9所示。

由圖9可知，6s時桁桿在機器人180°擺轉關節的帶動下開始在y軸方向進行旋轉運動，12s時將桁桿裝配在桁架的指定位置上，9s時角速度達到最大，角速度與角加速度的曲線是同步變化的，桁桿的裝配運動過程平穩，符合桁桿裝配的運動規律。

機器人桁架組裝角速度與角加速度變化曲線，如圖10所示。

由圖10可知，0～3s內機器人正處于待命狀態，當上一工位機器人在3s內完全脫離桁桿后，機器人開始進行組裝運動;3s時桁桿在z軸方向進行旋轉，6s時旋轉到相應位置，其余方向均無運動;6s時桁桿在y軸方向進行旋轉運動，12s時桁桿到達桁架指定位置進行裝配，其余方向均無運動。從圖10中的結果曲線可以看出，機器人桁架組裝的總體運動只包含在z軸和x軸做階段性的轉動，其角速度與角加速度的曲線均變化平穩且曲線同步，因此，機器人桁架組裝的總體運動過程平穩，符合運動規律。

機器人桁架組裝位移與速度變化曲線，如圖11所示。

由圖11可知，0～3s時桁桿處于待命狀態，3～6s時桁桿在機器人第二旋轉關節的帶動下進行旋轉運動，4.5s時達到最大速度，并且桁桿的中心點在x軸的方向發生變化;6～12s時，機器人通過180°擺轉關節開始進行轉動，將桁桿裝配到空間桁架的指定位置上，此時桁桿的中心點隨著關節的轉動在x軸方向發生變化，12s時到達準確的裝配位置，完成桁桿的安裝。從圖11中的結果曲線可以看出，機器人桁架組裝的位移和速度的變化平穩，在12s時，桁桿準確的到達裝配位置且速度減小為0，避免了桁架裝配時發生碰撞，符合機器人組裝運動規律。

綜上所述，由機器人運動學仿真結果可以得到，通過上一工位機器人將桁架零件進行傳遞后，機器人在12s時即可完成桁桿的組裝工作，機器人旋轉運動在4.5s時角速度達到最大，機器人裝配運動在9s時角速度達到最大，并且在機器人運動過程中角速度與角加速度同步變化，在組裝過程中各個關節的總體運動平穩，并且桁桿到達空間桁架指定裝配位置的同時，速度減小為0，避免了機器人在桁桿組裝過程中發生碰撞，桁桿組裝的準確性能夠達到設計要求，符合桁桿裝配的運動規律。

3 機器人桁架組裝的實驗研究

為了驗證空間桁架在軌組裝機器人的運動性能，本文在不同功能機器人構型的基礎上，對機器人桁桿傳遞運動和桁架組裝運動的準確度進行了實驗研究。通過與機器人運動學仿真結果做對比，驗證在組裝桁架過程中不同功能機器人運動過程的合理性與桁桿裝配的準確性。

3.1 實驗平臺搭建

空間桁架在軌組裝機器人由多個細胞單元模塊組成，每個單元模塊均由單獨的電機控制。由于細胞質單元模塊是連接機構，在實驗中主要起連接功能模塊的作用，因此，在實驗的過程中，可以忽略細胞質單元模塊中的電機控制。根據桁架組裝的實驗要求，只需要協同控制機器人構型中轉動功能模塊的驅動電機即可。

機器人桁架組裝的實驗平臺主要由計算機和中繼單元組成。計算機主要進行電機控制變量的輸入、儲存和通訊等工作;中繼單元由12V電源模塊、Arduino控制模塊和電機驅動模塊TMC2208組成，主要接收計算機發出的驅動控制指令，同時為轉動關節模塊中的電機提供電源，并對電機進行驅動控制，從而實現機器人完成特定的運動。

3.2 機器人位置精度實驗

在實驗中，機器人的每個細胞單元模塊均采用3D打印技術進行制造，其打印精度可達到0.05mm。由于3D打印機打印出的細胞單元模塊具有較高的制造精度，在實驗的過程中機器人構型的裝配誤差可忽略不計，因此，無論是模塊的制造誤差還是機器人的裝配誤差均對機器人位置精度實驗的結果影響較小。

機器人在進行桁桿傳遞運動時，有典型的4種位置變化，如圖12所示。

理論上，當機器人末端夾爪中的機械抓取手抓取桁桿時，桁桿徑向中心距離末端夾爪底面的距離為150mm。可以通過分析傳遞機器人所抓取的桁桿徑向中心在4種典型位置上理論與實際的偏差，計算出機器人桁桿傳遞的位置精度。

由圖12可知，理論上當傳遞機器人構型中的180°擺轉單元模塊轉動30°時，桁桿的徑向中心點與機器人軸線的距離為225mm;當180°擺轉單元模塊轉動90°時，桁桿徑向中心點與機器人軸線的距離為0mm;當180°擺轉單元模塊轉動150°時，桁桿徑向中心點與機器人軸線的距離為225mm;當180°擺轉單元模塊轉動180°時，桁桿恰好傳遞到指定位置，等待組裝機器人的抓取，此時，桁桿徑向中心點與機器人軸線的距離為450mm。

機器人的位置精度實驗過程，如圖13所示，實驗以理論上桁桿徑向中心點與機器人軸線的距離為基準，根據傳感器多次測量桁桿徑向中心位置與理論值的實際偏移量，通過計算獲得傳遞機器人構型中的180°擺轉單元模塊分別轉動30°、90°、150°和180°時，桁桿徑向中心點與機器人軸線的平均垂直距離分別為223mm、0mm、-222.5mm和-448mm。具體的機器人位置精度實驗數據如表4所示。

實驗結果表明，傳遞機器人在桁桿傳遞的過程中，其關節運動平穩，并且桁桿傳遞無明顯的晃動，但與理論值相比具有一定的位置偏差。其偏差主要由機械抓取手抓取桁桿位置的變化所造成的，由表4可知，理論上與實驗中最大偏差量為2.5mm，最大誤差為1.1%。由于機械抓取手抓取部分的設計結構，偏差在允許的范圍內仍能穩定的抓取桁桿，因此，實驗表明機器人具有一定的位置精度，可以滿足桁桿傳遞的工作條件。

3.3 機器人關節轉動實驗

機器人關節的轉動是桁桿輸送和組裝過程中必不可少的運動，決定著桁桿的位置與組裝時的狀態。為了驗證桁架組裝的過程中機器人關節彎曲和旋轉狀態下具有較高的靈活性，需要對機器人進行關節轉動實驗。

機器人轉動實驗分為3個部分，一是機器人180°擺轉關節單獨轉動實驗;二是360°旋轉關節單獨轉動實驗;三是180°擺轉關節和360°旋轉關節協同轉動實驗。由于機器人位置精度實驗是以180°擺轉關節單獨轉動為基礎的，因此，機器人關節轉動實驗只需做二、三種情況狀態下的實驗即可。

如圖14、15所示，分別為機器人的360°旋轉關節做單獨轉動和180°擺轉關節與360°旋轉關節做協同轉動運動時，3種典型位置上桁桿徑向中心點與桁架徑向中心點的理論距離。通過理論計算可知，當360°旋轉關節做30°、60°、90°的單獨旋轉時，桁桿徑向中心點與桁架徑向中心點的水平距離分別為225、390、450mm;當180°擺轉關節和360°旋轉關節均協同轉動45°、90°、135°時，桁桿徑向中心點與桁架徑向中心點的垂直距離分別為875、1300、875mm。

如圖16、17所示，在實驗中，經過多次測量桁桿徑向中心位置與理論值的實際偏移量，通過計算獲得360°旋轉關節分別做30°、60°、90°的單獨轉動時，桁桿徑向中心點與桁架徑向中心點的平均垂直距離分別為223、387.5、447mm;當180°擺轉關節和360°旋轉關節協同轉動時，測得其關節做45°、90°、135°轉動的桁桿徑向中心點與桁架徑向中心點的平均垂直距離分別為872.5、1298、872.5mm。

在實驗過程中，無論是關節單獨轉動還是協同轉動，傳遞的桁桿運動平穩，無明顯的晃動。實驗值與理論值相比雖然具有一定的偏差，但是實驗中最大偏差量為3mm，最大誤差為0.89%。誤差在關節轉動允許的范圍內，由此可知，機器人關節的轉動只調整桁桿的位置，且對桁桿的位置精度影響較小，具有較高的靈活性。

3.4 機器人桁桿裝配實驗

桁桿裝配是機器人桁架組裝的重要環節，機器人的桁桿裝配運動直接影響著桁桿在指定位置的組裝精度。為了驗證桁桿能否到達指定位置完成桁架的組裝工作，以組裝機器人為研究對象，對機器人進行桁桿裝配實驗。

桁桿裝配實驗的組裝機器人構型由9個細胞單元模塊組成，包括兩個旋轉組織，一個擺轉組織，一個夾爪組織和一個夾爪功能模塊。機器人在桁桿傳遞的過程中，具有一定的位置精度和較高的靈活性。理論上，在桁桿裝配時，組裝機器人能夠滿足桁桿裝配的精度要求。

如圖18、19所示，分別為桁桿裝配的位置示意圖和桁桿裝配的實驗圖。在實驗的過程中，機器人主要進行桁桿的豎向裝配、橫向裝配和斜向

裝配3種位置的桁架組裝工作。

實驗表明，機器人在進行3種不同位置下的桁架裝配工作時，由于桁架球頭接口的特殊結構具有一定的導向作用，因此在4mm的誤差允許范圍內，桁桿都能準確的到達指定的球頭裝配口中進行裝配，并順利的完成桁架的組裝工作。在實驗過程中，機器人抓取的桁桿與球頭裝配孔接觸時雖然有輕微晃動，但是對桁架組裝的影響較小，符合其運動規律。

4 結 論

本文針對空間桁架的在軌組裝任務，創新設計了模塊化空間桁架在軌組裝機器人的多種異類細胞單元模塊，通過運動仿真和機器人桁架組裝的實驗平臺，對機器人進行了運動學分析，驗證了機器人運動性能的可靠性與桁架組裝的準確性。

1）針對空間桁架的在軌組裝任務，對機器人細胞單元模塊進行創新設計，為機器人相關在軌工作的構型生成提供基本技術支撐。

2）完成了空間桁架在軌組裝機器人的運動學仿真分析，仿真結果表明符合其運動規律。

3）通過搭建桁架組裝實驗平臺，進行了機器人的位置精度、關節轉動精度和桁桿裝配精度的測量實驗，實驗結果表明機器人能夠準確的完成不同位置的桁架組裝任務。

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（編輯：王 萍）

收稿日期： 2020-10-07

基金項目： 國家自然科學基金（52075134）;黑龍江省自然科學基金（LH2019E062）;黑龍江省普通高校基本科研業務費專項資金項目（LGYC2018JC040）; 黑龍江省普通本科高等學校青年創新人才培養計劃項目（UNPYSCT-2017077）.

作者簡介：

呂晶薇（1986—），女，碩士;

高語斐（1997—），女，碩士研究生.

通信作者：

戴 野（1982—），男，博士，副教授，E-mail：daiye312@163.com.

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