[發明專利]一種基于對接環的捕獲目標衛星的方法與系統

有效

• 申請號: 201710040120.8
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106864776B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 徐文福;胡忠華;閆磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: B64G4/00
• 分類號: B64G4/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 唐致明

本發明公開了一種基于對接環的捕獲目標衛星的方法，包括：系統控制手眼相機測量得到空間機器人機械臂末端點與對接環中心點的位姿偏差參數；系統求得所述空間機器人機械臂末端點與對接環中心點的相對位置矢量在對接環面的投影，得出距離機械臂末端最近的抓捕點，并得到相對位姿偏差。本發明還公開了一種捕獲目標衛星的系統，系統判斷所述相對位姿偏差與設定的臨界值大小，以及當不滿足臨界值時通過規劃機械臂末端的運動，進而控制機械臂末端的手爪閉合，進而實現目標的捕獲，且達到時時接近的都是對接環上離得最近的一個點，即“動態最近點”，實現快速抓捕的目的，廣泛應用于空間合作/非合作衛星抓捕的技術領域。

技術領域

本發明涉及空間合作/非合作衛星抓捕的技術領域，具體為一種基于對接環的捕獲目標衛星的方法與系統。

背景技術

自主在軌服務是利用安裝在服務衛星上的機械臂捕獲軌道上的衛星進行操作。比如，輔助未成功進入預定軌道的衛星入軌；對發生故障的衛星進行維修、更換故障元器件、輔助將未展開機構展開；對燃料耗盡但其他系統工作正常的衛星進行燃料加注，延長使用壽命；將廢棄衛星和空間碎片進行回收或者送入墳墓軌道。對于大多數自主在軌服務任務而言，首先要解決操作目標的抓捕問題。目前，在軌捕獲技術仍然是航天領域具有挑戰性的研究方向，內容涉及空間交會對接技術、目標測量技術、高性能計算機軟硬件技術、先進GNC技術等，具有跨學科、跨領域的特點。以往的目標捕獲研究，如日本的ETS-VII項目、美國的“軌道快車項目”等主要針對的是合作目標衛星的捕獲。而對于非合作目標，尤其是運動復雜的非合作目標的捕獲，研究較少。非合作目標抓捕面臨許多難題，如：

(1)非合作目標運動形式較為復雜；

(2)非合作目標抓捕的過程中，目標衛星與服務的空間機器人之間的相對位置測量較為困難；

(3)非合作目標上未安裝用于目標捕獲的手柄裝置。

因此，有必要進行改進。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種可快速抓捕目標衛星的方法與系統。

本發明所采用的技術方案是：

本發明提供一種基于對接環的捕獲目標衛星的方法，包括以下步驟：

S1、系統控制手眼相機測量得到空間機器人機械臂末端點與對接環中心點的相對位置矢量Δr和相對姿態θ；

S2、系統根據對接環面的法向量z_A，求得所述空間機器人機械臂末端點與對接環中心點的相對位置矢量Δr在對接環面的投影b_n，得出距離機械臂末端最近的抓捕點，并計算得到機械臂末端點到對接環“動態最近點”的相對位置偏差Δp和相對姿態偏差ΔO；

S3、系統判斷所述相對位置偏差模||Δp||和相對姿態偏差模||ΔO||是否小于設定的臨界值ε_p和ε_o，若二者均小于臨界值，則機械臂末端的手爪閉合，實現目標的捕獲；反之，則進入S4；

S4、系統根據所得的相對位置偏差Δp和相對姿態偏差ΔO，根據以下公式規劃機械臂末端的線速度與角速度，

其中，K_p、K_v分別為規劃的比例、微分參數；分別表示目標衛星的線速度與角速度；

S5、系統根據S4中得到的機械臂末端規劃的線速度和角速度，通過雅可比矩陣反解，求得機械臂各關節的角速度；

S6、系統根據所得的關節角速度，驅動機械臂各關節運動，直至機械臂末端與“動態最近點”的相對位置偏差模和相對姿態偏差模小于設定的臨界值ε_p和ε_o，手抓閉合并完成目標衛星的捕獲。