本课题开展了大型空间结构在轨装配的双臂空间机器人协调控制研究，取得了如下研究成果：（1）建立了柔性双臂空间机器人装配大型柔性结构过程中的变构型刚柔耦合动力学模型，并分析各种构型下系统的动力学耦合特性，得出空间机械臂、载荷及其基座之间刚性运动、柔性振动等关系；（2）提出了双臂空间机器人在轨操作大载荷过程中保持基座稳定的无奇异路径规划与控制方法；（3）建立了双臂传递大型挠性载荷过程中，机械臂末端与载荷的接触碰撞动力学模型，并提出利用双臂的协调运动最小化碰撞效应的路径规划与控制方法；（4）提出了双臂抓持挠性载荷形成闭链后双臂协调操作的轨迹规划与振动抑制方法；（5）建立了平面气浮台实验系统和空间半物理实验系统，对所提出的方法进行了实验验证。基于研究的成果，发表了学术论文34篇，其中SCI论文26篇、EI论文8篇；出版了学术专著1部；培养了博士后2名、博士研究生3名、硕士研究生3名。 2100433B

本课题面向我国空间站以及未来其他大型航天器系统在轨建造与维护的需求，开展大型空间结构在轨装配的多臂空间机器人协调控制研究，包括：(1)建立柔性多臂空间机器人装配大型柔性结构过程中的变构型刚柔耦合动力学模型，分析各种构型下系统的动力学耦合特性，得出空间机械臂、载荷及其基座之间刚性运动、柔性振动等的耦合关系；(2) 提出多臂空间机器人在轨操作大载荷过程中，保持基座稳定的无奇异路径规划与控制方法；(3) 建立多臂传递大型挠性载荷过程中，机械臂末端与载荷的接触碰撞动力学模型，并提出利用双臂的协调运动最小化碰撞效应的路径规划与控制方法；(4) 提出双臂抓持挠性载荷形成闭链后双臂协调操作的轨迹规划与振动抑制方法。. 课题的研究顺应了我国大力发展空间机器人在轨服务技术的大方向，研究成果对于未来大型航天系统在轨组装、维护、拆解等任务，具有重要的理论和实际意义。

我国空间机器人的研制正向着长寿命、业务服务型时代迈进，有效的故障诊断和容错控制是关系到空间机械臂能否长期安全运行的关键科学技术。在长寿命空间机器人安全保障技术方面,我国尚处起步阶段，亟需建立一套科学、完善、具有实用价值的安全保障规范，实现机械臂的在轨健康状态评价与故障预测。. 本项目以空间站建设和外行星探测为应用背景，针对分布式控制模式的多自由度、长寿命空间机械臂系统的安全控制问题，开展机械臂系统可靠性与容错设计、安全运行控制和在轨健康状态评价与故障预测等方面的研究工作。旨在研制具有在轨资源重构能力的关节控制系统，构建机械臂故障响应与容错控制架构，实现机械臂关节传感、控制与驱动系统故障的在线实时检测，提出基于在轨参数辨识、能效分析等技术的长寿命空间机械臂关节健康状态评价与故障预测策略。该课题的深入研究对提高我国空间机械臂系统的智能化水平和运行安全性具有重要的科学意义和实用价值。

原定研究内容： 本项目以太阳能帆板、航天器、捆绑式运载火箭为对象，开展柔性结构系统的模型降阶与主动控制的研究，内容包括：（1）内平衡降阶方法的深入探讨，研究内平衡模态空间与物理空间之间的转换关系；（2）模型降阶的一体化降阶技术，研究一种先局部、后整体的模型降阶技术；（3）基于输入和输出的模型降阶技术，研究一种基于输入和输出的柔性结构的OKID时域建模方法，所建低维模型可直接用于主动控制设计；（4）主动控制设计，研究基于降阶模型的鲁棒控制设计方法；（5）实验验证，对以上理论研究内容进行实验验证。 完成情况： 本项目完成了预定的所有研究内容：（1）提出了一种从物理传感器测量信号中提取内平衡模态坐标的方法，并且进行了实验验证；（2）提出了一种柔性结构的一体化模型降阶技术，其中其中局部降阶采用模态综合法，整体降阶采用模态价值分析方法或内平衡降阶方法；（3）对基于系统输入和输出数据的系统挠性参数辨识和系统低维动力学建模进行了深入研究，并且进行了实验验证；（4）采用鲁棒控制等多种控制方法对基于降阶模型的柔性结构的主动控制进行了研究，并且进行了实验验证。 本项目研究共发表科技期刊文章28篇，其中英文文章13篇，SCI检索源文章11篇，EI检索源文章18篇；培养研究生7名，其中博士生1名和硕士生6名，并且全部毕业，而且1人的学位论文已经申报2013年度上海市优秀研究生学位论文，目前正在评审中。项目研究期间，参加了14个国内外学术会议，邀请了4位国外学者来华学术交流（美国加州大学、密西根大学、新墨西哥州立大学各1名，新西兰奥克兰大学1名）；本人个人入选2013年度上海市领军人才后备队计划。 2100433B