[發明專利]一種空間非合作翻滾目標的大容差捕獲方法及系統

有效

• 申請號: 201710093383.5
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106892137B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 閆磊;胡忠華;其他發明人請求不公開姓名
• 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

本發明公開了一種空間非合作翻滾目標的大容差捕獲方法，包括以下步驟：空間機器人系統獲取空間翻滾目標局部位置的視覺信息，并選取可行抓捕區域；所述系統判斷各機械臂的末端位姿是否滿足抓捕條件；若不滿足抓捕條件，所述系統測量所述目標的位姿并預測目標的運動，控制參考機械臂的運動以及組合機械臂的協同運動，進而控制所述機械臂對期望抓捕區域進行位姿跟蹤與抓捕；若同時滿足參考機械臂的位姿跟蹤條件以及組合機械臂的協同約束條件時，則系統實現對翻滾目標的抓捕鎖緊。本發明還公開一種空間非合作翻滾目標的大容差捕獲系統，其可實現對非合作翻滾目標的安全、快速捕獲，具有潛在的巨大經濟效益，廣泛應用于空間機器人技術領域。

技術領域

本發明涉及空間機器人技術領域，具體為一種空間非合作翻滾目標的雙臂大容差捕獲方法及系統。

背景技術

伴隨著人類對空間資源的不斷探索與利用，由故障失效衛星、反衛星試驗、各種爆炸、飛船的腐蝕以及碎片等各種原因造成的大量空間垃圾，也使得空間資源逐步呈現出短缺的現狀，同時對空間安全造成嚴重威脅。針對失效航天器或軌道垃圾清理的問題，各主要航天機構已開展了一些項目的研究，空間機器人在軌操控技術是當前解決空間垃圾最為行之有效的方法?？偨Y目前空間機器人的抓捕方式主要分為通過機械臂精確抓捕的剛性連接捕獲和通過飛網、飛爪等捕獲工具的柔性連接捕獲。其中精確抓捕適用于合作目標或相對運動較小的目標抓捕，而飛網、飛爪的抓捕適用范圍較廣，但是抓捕后很難開展對目標的維修、檢測以及再利用。

為了便于開展捕獲后維修以及再利用等操作，很多學者考慮接觸式機械臂剛性連接捕獲技術。研究內容主要包括：捕獲前的規劃與控制過程中機械臂與平臺的耦合、抓捕過程中機械臂與非合作目標的接觸碰撞以及捕獲后組合體的消旋與穩定控制等。目標的翻滾運動特性，對于捕獲過程的控制策略、控制方法，均有很大的影響。在機械臂捕獲理論和方法的研究方面，大部分的研究多是針對合作目標，或簡單自旋目標的。對于同時具有自旋、章動的非合作航天器的捕獲，尚未形成系統的研究，相關的理論和方法尚不完善。因此該技術有必要進行改進。

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空間非合作翻滾目標的大容差捕獲方法及系統。

本發明所采用的技術方案是：

本發明提供一種空間非合作翻滾目標的大容差捕獲方法，包括以下步驟：

雙臂空間機器人系統獲取空間翻滾目標局部位置的視覺信息，并選取可行抓捕區域；

所述系統判斷參考機械臂的末端位姿是否滿足抓捕條件；

若不滿足抓捕條件，所述系統測量所述目標的位姿并預測目標的運動，控制參考機械臂的運動以及組合機械臂的協同運動，進而控制機械臂對期望抓捕區域進行位姿跟蹤與抓捕；

若同時滿足參考機械臂的位姿跟蹤條件以及組合機械臂的協同約束條件時，則系統實現對翻滾目標的抓捕鎖緊。

作為該技術方案的改進，所述方法還包括通過機械臂末端工具與抓捕區域形成面接觸，從而實現對目標衛星的抓捕。

作為該技術方案的改進，滿足抓捕鎖緊的條件為：所述參考機械臂末端工具位于期望抓捕區域，且所述末端工具的法向量與期望抓捕面垂直。

作為該技術方案的改進，所述抓捕條件還包括：所述各機械臂的末端中心點與抓捕點的位置容差E_p滿足以下邊界約束條件，

E_p：{0≤x_e-x_c≤a；0≤y_e-y_c≤a；z_e-z_c＝0}；

其中{x,y,z}和{x_c,y_c,z_c}分別代表各個抓捕面上任意點以及抓捕面幾何中心點的位置；a為正方形抓捕區域的邊長。