揭秘北京航天飛行控制中心機(jī)械臂規(guī)劃控制技術(shù)

　　1月14日21時45分，遙遠(yuǎn)的月宮再次傳來佳音，北京航天飛行控制中心精確控制嫦娥三號巡視器舒展“玉兔之手”——機(jī)械臂，對月壤成功進(jìn)行了第一次元素成分科學(xué)探測分析。

　　“玉兔之手”位于“玉兔”號月球車正面的五星紅旗圖案下方，是有一個“四肢三軸”的活動機(jī)構(gòu)。肢，猶如人的手臂；軸，是肢的連接點(diǎn)，如同手臂的關(guān)節(jié)。機(jī)械臂展開后，最里面的關(guān)節(jié)只能左右移動，中間的關(guān)節(jié)和末端的關(guān)節(jié)只能上下移動，就像人的手臂和手掌繞關(guān)節(jié)一樣。

　　那么，“玉兔之手”是如何在地面控制下完成科學(xué)探測的呢？

　　“對機(jī)械臂的控制，主要依靠機(jī)械臂遙操作控制技術(shù)。”北京航天飛行控制中心總工程師周建亮介紹說，“我們綜合考慮機(jī)械臂的構(gòu)造特點(diǎn)和科學(xué)探測的各類約束條件，建立了精確的控制算法模型，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)械臂遙操作控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械臂毫米量級的精確控制。”

　　據(jù)周建亮介紹，由于活動維度限制和避障等因素的影響，要完成對一個目標(biāo)點(diǎn)的探測，機(jī)械臂一次投放一般要經(jīng)過十幾步操作，而且每一步的投放角度都要經(jīng)過極其精密的計(jì)算。

　　北京航天飛行控制中心軌道室控制組組長劉勇是機(jī)械臂遙操作控制技術(shù)的負(fù)責(zé)人。他結(jié)合自己多年軌道控制的經(jīng)驗(yàn)，通過近一年的計(jì)算鉆研，自主建立了機(jī)械臂規(guī)劃控制正向求解算法、逆向求解算法和機(jī)械臂避障算法等3個算法模型，有效解決了機(jī)械臂精確控制和有效避障接近目標(biāo)點(diǎn)的困難。

　　劉勇介紹說，正向求解算法就是根據(jù)移動角度大小，計(jì)算出能移動到距目標(biāo)點(diǎn)多遠(yuǎn)處；逆向求解算法恰恰相反，就是根據(jù)目標(biāo)位置，計(jì)算出需要移動角度大小，只有兩相印證才能得到最佳的控制參數(shù)。而避障算法，是為了有效避開本體和月面地形的干涉，以達(dá)到逐步逼近目標(biāo)點(diǎn)10到30毫米的目的。

　　“機(jī)械臂末端的X射線譜儀是一個高精度的科學(xué)探測儀。”劉勇說，“如果不能有效避障，機(jī)械臂移動時一旦碰觸到本體或者探測目標(biāo)就會對探測儀器造成損害。”

　　在遙操作廳，劉勇和榮志飛協(xié)同配合現(xiàn)場演示了機(jī)械臂的整個遙操作控制流程。大屏幕上，纖細(xì)靈巧的“玉兔之手”在榮志飛的精確操控下緩緩舒展，精確避障，最終到達(dá)預(yù)定位置。

　　據(jù)介紹，月壤探測只是月面工作段科學(xué)探測的一個開始，后續(xù)還有更多的科學(xué)探測任務(wù)要依賴“玉兔之手”。(田兆運(yùn)、祁登峰)