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开始本篇文字前，先来看几张网络上空间站机械臂的动图，见图1，图2，图3。
图1 机械臂进行舱表爬行转移（图片来源于网络）
图2 机械臂转位实验舱开展空间站建造任务（图片来源于网络）
图3 机械臂辅助航天员出舱活动（图片来源于网络）
分析上面机械臂的机构，在草图中绘制图4所示的机械臂机构简图。
图4 机械臂机构简图
从机构简图可以看出，机械臂左右对称，两末端的蓝色点表示末端执行器的原点，其余7个蓝色点则是7个旋转副的原点。
为了仿真需要，图4简图中间的运动副上有一个额外的洋红色竖直线，用于创建辅助连杆，下面文字会讲到具体用途。
根据图4模型，在运动仿真模块，创建连杆（9个连杆），其中8个是机械臂部件连杆，1个是辅助连杆（洋红色竖直线）；创建运动副（8个旋转副+1个平行副），其中7个旋转副是由机械臂相邻部件两两构成，还有1个旋转副，则是由辅助连杆与其任意一侧相邻的连杆构成，并且该连杆与大地构成1个平行副。
不考虑辅助连杆和辅助旋转副，平行副的情况下，若左侧的执行器与基座锁定连接，此时机械臂有7个自由度，我们通过给右侧执行器添加连杆驱动，约束机械臂6个自由度，此时机械臂还剩1个自由度，从图4可以看出，当左右两端的执行器均固定时，此时机械臂中段两连杆仍能沿着X轴转动，而添加了平行副的辅助连杆，始终沿着绝对坐标系的Z轴竖直向上（限定了其绕X和Y轴的运动），竖直向上的辅助连杆通过旋转副与机械臂中间运动副相连，限定了机械臂中段两连杆沿X轴旋转的自由度，使得整个机械臂全约束。
执行器要在空间实现6自由度控制，则需要使执行器能沿X，Y和Z轴平移，且能绕X，Y和Z轴旋转，接下来我们按这个思想，在Excel表格中规划机械臂执行端的仿真路线和动作，如图5所示。
图5 Excel表格中规划的执行器的路线和动作数据
这里说明一下，左执行器的坐标数据，其坐标系原点是左执行器的原点，右执行器的坐标数据，其坐标系原点是右执行器的原点。
在Excel中利用其函数可以合成AFU函数和step函数，用于通过函数控制左右两执行器的动作，实现规划的路线和动作，如图6所示。
图6 Excel表格合成的AFU函数和step函数
对左右执行器分别添加连杆驱动，并按Excel表格的规划，创建对应的函数，并将Excel合成出的函数粘贴至对应的函数编辑器中。
给出解算方案，时间为23s，步数为230，重力方向为-ZC。
求解，并查看动画进行验证，如图7所示。
图7 机械臂两执行器在空间按规划的路线和动作进行运动
Ps：图7中的除机械臂模型外，其余的线条和点均为方便观察机械臂的仿真运动而创建，另外本案例所讲驱动采用连杆驱动，源文件同时也采用了3柱面副驱动的方式，仿真结果一样，详情可以参阅源文件。
SpaceArm.rar
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发表于 2021-9-7 08:25:36
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