[發明專利]一種細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法

有效

• 申請號: 201910087646.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109726515B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 馬衛華;萬文婭;袁建平;袁靜
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)設計細胞衛星吸附式抓捕機構并建立其模型：細胞衛星吸附式抓捕機構為細胞衛星，其包括細胞衛星主體(1)、在細胞衛星主體(1)一個面上用于后續操作的對接機構(2)及用于起到粘附的作用的粘附機構；

2)構建細胞衛星吸附式抓捕機構抓捕非合作目標過程的二體鉸接連桿機構物理模型；

3)構建細胞衛星吸附式抓捕機構機抓捕時的數學模型，首先利用D-H表示法對連桿和關節進行建模，確定實現任意兩個相鄰坐標系之間的變換矩陣，進而得到總變換矩陣；然后，通過計算連桿和關節的動能和勢能來定義拉格朗日函數；最后，通過將拉格朗日函數對關節變量求導來求得動力學方程；進而，對各個關節變量進行求解，定量分析吸附穩定性；

步驟3)具體步驟如下：

建立細胞衛星吸附式抓捕機構和非合作目標通過兩個正交的旋轉副相連的模型，實現細胞衛星相對于目標星的任意方向轉動；

利用D-H表示法對二體鉸接連桿機構進行量化表示：θ角表示繞z軸的旋轉角，d表示在z軸上兩條相鄰的公垂線之間的距離，a表示每一條公垂線的長度，角α表示兩個相鄰的z軸之間的角度；利用α,a,d,θ實現相鄰坐標系間的變換，本地坐標系x_n+1-z_n+1到x_n-z_n的變換矩陣為：

對于多個坐標系的變換，有ⁿT_R＝¹T_R²T₁³T₂…ⁿT_n-1；所以，二體鉸接連桿機構D-H參數表示的坐標變換矩陣為：

再建立非合作目標相對于慣性系的運動方程，即建立非合作目標本體坐標系Tx_by_bz_b相對于慣性系的變換矩陣，相應的坐標變換矩陣為：

非合作目標本體坐標系系統的動能為：

其中，U_ij是變換矩陣對關節變量q_j的導數，表達式為代表的偽慣量矩陣重寫為

該慣量矩陣與關節角速度和速度無關；將上式帶入動能表達式，有：

系統的勢能是每個連桿的勢能總和，不考慮重力，所以系統勢能為0，即P＝0；所以，系統拉格朗日函數為：

對拉格朗日函數求導得到動力學方程：

其中，n是系統自由度，n＝8；q_j是廣義坐標，j≤n，具體指目標航天器的6個自由度x,y,z,α,β,γ以及兩個轉角θ₁和θ₂，和分別是廣義坐標q_j對應的一階導數和二階導數；D_ij和D_ijk的定義為：

利用模型(8)對各個關節變量進行求解。

2.根據權利要求1所述的細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法，其特征在于：所述的粘附機構為吸盤(3)。

3.根據權利要求2所述的細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法，其特征在于：所述的吸盤(3)包括方形吸盤主體(4)和設置在方形吸盤主體(4)周圍分布的爪結構(5)。

4.根據權利要求1所述的細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法，其特征在于：所述的細胞衛星主體(1)為立方體結構。

5.根據權利要求1所述的細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法，其特征在于：步驟2)中的二體鉸接連桿機構物理模型是指：

建立細胞衛星和目標星通過兩個正交的旋轉副相連的模型，實現細胞衛星吸附式抓捕機構相對于非合作目標的任意方向轉動。