● 摘要
随着航天事业的快速发展和对太空探索的不断深入，未来将有大量的空间任务需要人类来完成，但由于太空环境的特殊性和技术水平的制约，这些任务不可能都依赖航天员去完成。在轨操控机械臂作为在轨支持、服务的一项关键性技术已经进入太空，受到越来越多的关注。然而，在轨操控机械臂的使用情况并不尽如人意，与传统机械臂相比，在轨操控机械臂具有微重力、大跨度、轻质量、大自重比和低阻尼的特点，这使得其动力学响应表现为大范围刚性运动叠加自身弹性振动的刚柔耦合特征，且系统的振动一旦被激发将难以快速衰减。本文以此为背景，针对在轨操控机械臂振动主动控制展开研究。
论文首先阐述研究的背景和意义，介绍了国内外在轨操控机械臂项目、柔性关节机械臂地面试验系统以及柔性关节机械臂控制策略。针对现有研究不足，选用主动基座的控制策略进行柔性关节机械臂振动主动控制。
其次设计了单柔性关节机械臂实验系统，完成机械臂总体设计、尺寸设计、拉簧设计、机械设计，最后集成实验系统，搭建实验平台。建立对象的动力学解析模型和ADAMS模型，设计输入成形与自抗扰相结合的运动/振动控制器，通过基座固定与基座扰动两种工况下机械臂振动控制仿真、实验，验证本文控制策略与算法的合理性与有效性。实验结果表明输入成形将机械臂启停产生的振动减小到噪声量级，主动基座使机械臂受外扰振动衰减时间减少64.71%，基座扰动被补偿91.67%。
在单柔性关节机械臂实验验证有效的前提下，本文将主动基座控制策略和运动/振动控制器应用到在轨操控柔性关节机械臂。按单柔性关节、双柔性关节（正交）、双柔性关节（共面）、双柔性关节（共面）且基座含挠性附件四个阶段，逐步增加被控对象复杂性。仿真结果证明本文控制策略及算法对于在轨操控机械臂同样有效，可以有效提高在轨操控机械臂操控精度及稳定度。
最后，对全文的研究工作进行了总结，并提出了进一步研究的开展方向。