[發(fā)明專利]空間機(jī)器人捕獲翻滾目標(biāo)后的軌跡規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910010504.4
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109591017B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅建軍;許若男;王明明;袁建平;朱戰(zhàn)霞
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明公開了一種空間機(jī)器人捕獲翻滾目標(biāo)后的軌跡規(guī)劃方法，用于解決現(xiàn)有空間目標(biāo)軌跡規(guī)劃方法的技術(shù)問題。技術(shù)方案是首先建立捕獲后組合體的動(dòng)量方程，再進(jìn)行基座無擾和組合體穩(wěn)定的軌跡規(guī)劃，即對機(jī)械臂關(guān)節(jié)和飛輪進(jìn)行軌跡規(guī)劃，分析翻滾目標(biāo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)不確定性對任務(wù)的影響。本發(fā)明通過對機(jī)械臂關(guān)節(jié)和飛輪進(jìn)行軌跡規(guī)劃，解決了現(xiàn)有方法不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)基座姿態(tài)擾動(dòng)最小化和組合體穩(wěn)定兩種任務(wù)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)考慮飛輪力矩約束下的基座擾動(dòng)最小化和組合體的穩(wěn)定；通過分析翻滾目標(biāo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)不確定性對任務(wù)的影響，解決了現(xiàn)有方法需要精確知道目標(biāo)參數(shù)的技術(shù)問題，基座角速度和機(jī)械臂的角速度最終趨于零，實(shí)用性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空間目標(biāo)軌跡規(guī)劃方法，特別涉及一種空間機(jī)器人捕獲翻滾目標(biāo)后的軌跡規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

空間機(jī)器人在軌服務(wù)(OOS)任務(wù)中發(fā)揮著越來越重要的作用，包括在軌維修、在軌裝配等。由于翻滾目標(biāo)初始動(dòng)量和動(dòng)力學(xué)參數(shù)未知，使用空間機(jī)器人捕獲翻滾目標(biāo)仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。在捕獲翻滾目標(biāo)后：1)為了保證任務(wù)的安全，需要快速的穩(wěn)定空間機(jī)器人捕獲翻滾目標(biāo)后形成的組合體；2)由于通訊和供電要求，需要在整個(gè)過程中保持空間機(jī)器人基座的姿態(tài)無擾。

文獻(xiàn)1“Detumbling control for kinematically redundant spacemanipulator post-grasping a rotational satellite，Acta Astronautica，2017，Vol141(12)，p98-109”公開了一種基于四次貝塞爾曲線和自適應(yīng)微分進(jìn)化(De)算法，可以實(shí)現(xiàn)在特定約束下的捕獲后階段的最優(yōu)消旋運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。

文獻(xiàn)2“An Optimal Trajectory Planning Method for Stabilization ofCoupled Space Robotic System after Capturing，Procedia Engineering，2012，Vol29(1)，p3117-3123”公開了一種引入飛輪吸收組合體的角動(dòng)量，采用多項(xiàng)式函數(shù)和粒子群優(yōu)化算法規(guī)劃軌跡。該方法可以實(shí)現(xiàn)組合體的穩(wěn)定和基座姿態(tài)偏差的最小化。上述兩篇文獻(xiàn)存在的問題是需要預(yù)先知道翻滾目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，同時(shí)這些方法是通過對關(guān)節(jié)軌跡參數(shù)化將軌跡規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題進(jìn)行求解，由于優(yōu)化問題求解的復(fù)雜性，這些方法很難在線使用。

文獻(xiàn)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”基于動(dòng)量分配的方法得到捕獲后的關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃和控制策略，在假設(shè)翻滾目標(biāo)參數(shù)已知的情況下，實(shí)現(xiàn)了基座的擾動(dòng)最小化。文獻(xiàn)存在的問題是沒有實(shí)現(xiàn)組合體的穩(wěn)定，同時(shí)需要預(yù)先知道目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有空間目標(biāo)軌跡規(guī)劃方法實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種空間機(jī)器人捕獲翻滾目標(biāo)后的軌跡規(guī)劃方法。該方法首先建立捕獲后組合體的動(dòng)量方程，再進(jìn)行基座無擾和組合體穩(wěn)定的軌跡規(guī)劃，即對機(jī)械臂關(guān)節(jié)和飛輪進(jìn)行軌跡規(guī)劃，分析翻滾目標(biāo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)不確定性對任務(wù)的影響。本發(fā)明通過對機(jī)械臂關(guān)節(jié)和飛輪進(jìn)行軌跡規(guī)劃，解決了現(xiàn)有方法不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)基座姿態(tài)擾動(dòng)最小化和組合體穩(wěn)定兩種任務(wù)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)考慮飛輪力矩約束下的基座擾動(dòng)最小化和組合體的穩(wěn)定；通過分析翻滾目標(biāo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)不確定性對任務(wù)的影響，解決了現(xiàn)有方法需要精確知道目標(biāo)參數(shù)的技術(shù)問題，基座角速度和機(jī)械臂的角速度最終趨于零，實(shí)用性好。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種空間機(jī)器人捕獲翻滾目標(biāo)后的軌跡規(guī)劃方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

步驟一、建立捕獲后組合體的動(dòng)量方程。