[发明专利]空间机器人捕获翻滚目标后的轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种空间机器人捕获翻滚目标后的轨迹规划方法，用于解决现有空间目标轨迹规划方法的技术问题。技术方案是首先建立捕获后组合体的动量方程，再进行基座无扰和组合体稳定的轨迹规划，即对机械臂关节和飞轮进行轨迹规划，分析翻滚目标动力学参数不确定性对任务的影响。本发明通过对机械臂关节和飞轮进行轨迹规划，解决了现有方法不能同时实现基座姿态扰动最小化和组合体稳定两种任务，可以同时实现考虑飞轮力矩约束下的基座扰动最小化和组合体的稳定；通过分析翻滚目标动力学参数不确定性对任务的影响，解决了现有方法需要精确知道目标参数的技术问题，基座角速度和机械臂的角速度最终趋于零，实用性好。

技术领域

本发明涉及一种空间目标轨迹规划方法，特别涉及一种空间机器人捕获翻滚目标后的轨迹规划方法。

背景技术

空间机器人在轨服务(OOS)任务中发挥着越来越重要的作用，包括在轨维修、在轨装配等。由于翻滚目标初始动量和动力学参数未知，使用空间机器人捕获翻滚目标仍是一项挑战。在捕获翻滚目标后：1)为了保证任务的安全，需要快速的稳定空间机器人捕获翻滚目标后形成的组合体；2)由于通讯和供电要求，需要在整个过程中保持空间机器人基座的姿态无扰。

文献1“Detumbling control for kinematically redundant spacemanipulator post-grasping a rotational satellite，Acta Astronautica，2017，Vol141(12)，p98-109”公开了一种基于四次贝塞尔曲线和自适应微分进化(De)算法，可以实现在特定约束下的捕获后阶段的最优消旋运动规划。

文献2“An Optimal Trajectory Planning Method for Stabilization ofCoupled Space Robotic System after Capturing，Procedia Engineering，2012，Vol29(1)，p3117-3123”公开了一种引入飞轮吸收组合体的角动量，采用多项式函数和粒子群优化算法规划轨迹。该方法可以实现组合体的稳定和基座姿态偏差的最小化。上述两篇文献存在的问题是需要预先知道翻滚目标的动力学参数，同时这些方法是通过对关节轨迹参数化将轨迹规划问题转化为优化问题进行求解，由于优化问题求解的复杂性，这些方法很难在线使用。

文献3“Momentum distribution in a space manipulator for facilitatingthe post-impact control，IEEE/RSJ International Conference on IntelligentRobots and Systems，Sept 28-Oct 2，2004，Sendai,Japan”基于动量分配的方法得到捕获后的关节轨迹规划和控制策略，在假设翻滚目标参数已知的情况下，实现了基座的扰动最小化。文献存在的问题是没有实现组合体的稳定，同时需要预先知道目标的动力学参数。

发明内容

为了克服现有空间目标轨迹规划方法实用性差的不足，本发明提供一种空间机器人捕获翻滚目标后的轨迹规划方法。该方法首先建立捕获后组合体的动量方程，再进行基座无扰和组合体稳定的轨迹规划，即对机械臂关节和飞轮进行轨迹规划，分析翻滚目标动力学参数不确定性对任务的影响。本发明通过对机械臂关节和飞轮进行轨迹规划，解决了现有方法不能同时实现基座姿态扰动最小化和组合体稳定两种任务，可以同时实现考虑飞轮力矩约束下的基座扰动最小化和组合体的稳定；通过分析翻滚目标动力学参数不确定性对任务的影响，解决了现有方法需要精确知道目标参数的技术问题，基座角速度和机械臂的角速度最终趋于零，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种空间机器人捕获翻滚目标后的轨迹规划方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、建立捕获后组合体的动量方程。