Планирование траекторий многозвенного манипулятора сервисного космического аппарата
Доклад посвящён разработке алгоритмов планирования траекторий шестизвенного роботизированного манипулятора, установленного на борту сервисного космического аппарата. Актуальность работы определяется возрастающим интересом к сервисным космическим аппаратам, способным выполнять операции на орбите с помощью манипуляторов в условиях сложного движения аппарата-носителя. В работе построена полная кинематическая модель шестизвенного манипулятора со сферическим запястьем с применением матриц поворотов и однородных преобразований. Геометрия робота формализована в виде URDF/XACRO-описания и интегрирована в среду ROS2 с использованием пакета robot_state_publisher. Разработан аналитический алгоритм прямой задачи кинематики, а также алгоритм обратной задачи на основе геометрической декомпозиции: положение центра сферического запястья определяется из заданных координат целевой точки в инерциальной системе отсчёта с учётом текущей ориентации космического аппарата, после чего углы позиционирования и ориентации манипулятора вычисляются независимо. Верификация алгоритмов выполнена тремя методами: математической проверкой через подстановку решения обратной задачи в прямую кинематику, визуальной симуляцией в среде RViz, а также сравнением расчётных координат конечного эффектора с данными системы преобразования координат TF2 в реальном времени посредством инструмента tf2_echo. Совокупность методов подтвердила корректность кинематической модели при различных ориентациях несущего аппарата. Практическим результатом является программный комплекс на языке Python, включающий модули прямой и обратной кинематики и ROS2-узел, передающий вычисленные углы суставов в систему управления роботом. Комплекс обеспечивает достижение заданной точки в инерциальном пространстве при произвольной ориентации космического аппарата и служит основой для дальнейшей разработки системы автономного управления бортовым манипулятором. Ключевые слова: сервисный космический аппарат, роботизированный манипулятор, планирование траекторий, прямая и обратная задачи кинематики, сферическое запястье, ROS2, URDF.
КМУ 2026
Докладчик
Марданян Артём Сосович
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Секция
Космическое приборостроение и эксперимент
Научный руководитель
Самыловский И. А., МГУ им. Ломоносова