论文arXiv 2611.04176今天

旋转基座空间机械臂同步控制实现翻滚目标无碰撞捕获

论文提出旋转基座多臂空间机械臂导控方法，通过预抓取同步对齐质心与瞬心实现目标相对静止，后抓取基于哈密顿动力学最优控制稳定系统，支持单/多臂无接口无碰撞捕获。

AI 整理

本体 SDK 与控制
仿真与训练

本文由 AI 根据公开内容整理，可能有误，请以原文为准：Grasping and Stabilizing Tumbling Objects with Rotating-Base Multi-Arm Space Manipulators（arXiv 2611.04176）

核心内容

针对空间翻滚目标捕获难题，arXiv 2611.04176 提出一种主动机动基座的创新导控方法。该方案使机械臂基座在近距离操作中保持目标相对静止，显著简化运动规划并降低碰撞风险。研究验证了该方法在单臂或多臂配置下，无论目标是否具备预定义抓取接口，均能实现无冲击捕获，为后续消旋操作奠定基础。

技术架构分为两阶段：预抓取阶段采用同步控制将目标质心（CoM）对齐系统瞬时旋转中心（ICR），虚拟刚化目标-服务系统以确保可靠抓取；后抓取阶段基于哈密顿动力学与最优控制策略，在满足基座力矩及多重抓取约束前提下，以最小化时间、燃料或能量为目标稳定组合体。针对结构化目标限制力/力矩边界，非结构化目标则施加摩擦约束防滑。

关键看点

预抓同步机制：对齐目标质心与系统瞬时旋转中心，虚拟刚化目标-服务系统，使翻滚目标相对基座静止以保障可靠抓取。
后抓最优控制：基于哈密顿动力学构建最优控制策略，在基座力矩与抓取约束下最小化时间、燃料或能耗，稳定组合体系统。
自适应约束处理：结构化目标严格限制作用力/力矩边界，非结构化目标引入摩擦约束防止滑移，兼容有无预定义接口场景。
无碰撞捕获验证：案例研究证实该方法支持单/多臂构型下的无冲击捕获与后续消旋，有效简化运动规划并降低碰撞风险。

工程与产业观察

该研究为空间机器人捕获非合作翻滚目标提供了“基座主动配合”的新范式。通过将动态目标转化为相对静止的准静态操作，大幅降低了末端执行器的实时响应要求与算法复杂度。其基于哈密顿动力学的能量/燃料最优控制框架，对长周期在轨服务任务的资源管理及多臂协同抓取策略设计具有重要工程参考价值。

英文摘要 (Abstract)

This paper presents an innovative guidance and control method for a space manipulator that actively maneuvers its base to hold a tumbling object stationary relative to the base during proximity operations. This simplifies motion planning, reduces collision risk, and enables impact-free capture using single- or multi-arm configurations, with or without predefined grasping interfaces. The proposed approach involves two phases. In the pre-grasping phase, a synchronization control aligns the target's center of mass (CoM) with the system's instantaneous center of rotation (ICR), virtually rigidizing the target-servicer system to keep the object stationary for reliable grasping. In the post grasping phase, a control strategy based on Hamiltonian dynamics and optimal control stabilizes the combined system by minimizing time, fuel, or energy, while respecting base torque limits and multiple grasping constraints. For structured targets, applied forces and torques stay within their bounds; for unstructured ones, friction constraints prevent slipping. A case study demonstrates the method's effectiveness in enabling both the subsequent grasping and detumbling phases.

作者：Farhad Aghili