空间机器人代替宇航员执行操作任务成为了研究热点,在空间站中,机器人可以执行在轨捕获、搬运和组装等复杂的操作任务。其中以双臂机器人为代表,因为双臂机器人具有负载能力强、灵活度高、操作精细等优点,双臂协调操作能够代替单臂完成一系列的细致工作。因此,随着双臂机器人技术的发展,针对空间大型结构在轨组装的问题,使用双臂机器人技术用于执行空间操作任务具有很大的研究价值,同时双臂机器人将在未来扮演更重要的角色。基于上述背景,国内在使用双臂机器人执行空间大型结构在轨组装任务的问题上均未完整的演示组装过程,为了使双臂机器人能够完成组装任务则需要一个稳定的控制器。因此,本文将从双臂机器人的工作原理、运动学模型与控制策略出发,使用双臂机器人执行组装任务并进行地面模拟实验,其中在空间大型结构的组装对象上选用太空望远镜中的桁架结构,并根据该结构进行等比例缩小同时将桁架结构模型进行了3D打印,最后根据桁架结构模型进行组装演示。在双臂机器人的底层控制系统基础上,设计了基于导纳控制的力控制器以实现机器人的柔顺控制,并且使得双臂机器人既可以完成双臂协同搬运任务也能够完成双臂协调组装任务。本文的主要研究内容如下:首先,对双臂机器人的运动学进行了建模分析,由于双臂机器人中的左臂与右臂属于同一结构,所以对单臂进行了运动学分析。根据单臂的运动学模型采用数值解法进行了逆运动学分析,求得每个关节的逆解。另外,针对双臂机器人协同搬运任务,建立了左臂、右臂以及搬运物体间的约束关系,该约束关系包括位置、方位和线速度约束。针对双臂机器人协调组装任务,建立了左臂、右臂以及组装物体间的约束关系,该约束关系包括位置、方位、线速度、角速度以及关节加速度约束。其次,对双臂机器人进行了任务规划和轨迹规划,根据双臂组装任务将其分解为多个动作序列并进行先后排序,同时对动作序列进行能力分析。轨迹规划采用高阶多项式插值法分别对左臂和右臂进行规划,通过对关节部分的规划将其映射到机械臂末端得出末端的轨迹。在双臂执行任务时,利用灵敏系数来对机械臂的碰撞特性进行检测,防止机械臂与障碍物发生碰撞。最后,设计了基于导纳控制的力控制器,该力控制器输入为机械臂末端的力,输出为机械臂末端位移的变化量。双臂机器人在执行操作任务时,经该力控制器作用使机械臂末端实时变化的接触力数值能够转化为位移的变化量,实现了机器人末端的柔顺控制,并且该力控制器稳定性好、鲁棒性强。仿真和实验表明,本文设计的基于导纳控制的力控制器在双臂机器人上能够有效地完成协同搬运任务和协调组装任务。经过以上分析,将所提出的控制策略应用于双臂机器人上,并使用双臂机器人对空间大型结构在轨组装任务进行地面模拟实验,同时对组装过程进行了演示,为后续使用双臂机器人代替宇航员面向空间站操作提供了理论依据。