揭秘北京航天飛行控制中心機械臂規劃控制技術

　　1月14日21時45分，遙遠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”——機械臂，對月壤成功進行了第一次元素成分科學探測分析。

　　“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”的活動機構。肢，猶如人的手臂；軸，是肢的連接點，如同手臂的關節。機械臂展開后，最里面的關節只能左右移動，中間的關節和末端的關節只能上下移動，就像人的手臂和手掌繞關節一樣。

　　那么，“玉兔之手”是如何在地面控制下完成科學探測的呢？

　　“對機械臂的控制，主要依靠機械臂遙操作控制技術。”北京航天飛行控制中心總工程師周建亮介紹說，“我們綜合考慮機械臂的構造特點和科學探測的各類約束條件，建立了精確的控制算法模型，研發了具有自主知識產權的機械臂遙操作控制系統，能夠實現對機械臂毫米量級的精確控制。”

　　據周建亮介紹，由于活動維度限制和避障等因素的影響，要完成對一個目標點的探測，機械臂一次投放一般要經過十幾步操作，而且每一步的投放角度都要經過極其精密的計算。

　　北京航天飛行控制中心軌道室控制組組長劉勇是機械臂遙操作控制技術的負責人。他結合自己多年軌道控制的經驗，通過近一年的計算鉆研，自主建立了機械臂規劃控制正向求解算法、逆向求解算法和機械臂避障算法等3個算法模型，有效解決了機械臂精確控制和有效避障接近目標點的困難。

　　劉勇介紹說，正向求解算法就是根據移動角度大小，計算出能移動到距目標點多遠處；逆向求解算法恰恰相反，就是根據目標位置，計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。而避障算法，是為了有效避開本體和月面地形的干涉，以達到逐步逼近目標點10到30毫米的目的。

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

　　在遙操作廳，劉勇和榮志飛協同配合現場演示了機械臂的整個遙操作控制流程。大屏幕上，纖細靈巧的“玉兔之手”在榮志飛的精確操控下緩緩舒展，精確避障，最終到達預定位置。

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