[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

本發明公開了一種細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法。首先是，設計細胞衛星吸附式抓捕機構，吸附機構設計為分布在細胞衛星的某一面上具有類似壁虎爪結構的方形吸盤，以及用于吸附后將非合作目標合作化的對接機構其用于后續對吸附整體的操作。吸附時物理模型建立—二體鉸接連桿機構，主要是考慮吸附時單點或單邊接觸等可能不能穩定吸附的情況。吸附時數學模型構建—利用D?H表示法加拉格朗日方程建立多體模型，從理論上對等效物理模型進行建模分析。本發明提出的利用細胞衛星吸附機構直接吸附非合作目標，具有簡單可靠、經濟性的優點。

技術領域

本發明涉及空間對接技術領域，特別涉及一種細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法。

背景技術

空間非合作目標是指不是為對接或捕獲設計的任一航天器，即該目標上不安裝用于機械臂捕獲的抓持機構(手柄)以及用于輔助測量的合作標志器和特征塊，或不能進行姿態控制，在空間自由翻滾的任一航天器。現有的在軌航天器基本上屬于非合作目標。從目前的發展情況來看，對空間合作目標的抓捕技術已相對成熟，并成功應用于在軌服務中。然而，對空間非合作目標的抓捕，仍然處于探索發展過程中。主要是利用飛爪、飛網、手爪等抓捕工具，都存在抓捕難度大、需要解決的關鍵技術多的問題。現有抓捕機構存在機構復雜，成本高，抓捕難度大等問題，急需設計一種簡單可靠的抓捕機構。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是：為了解決現有非合作目標抓捕難度大、可靠性低等問題，本發明提出一種利用細胞衛星吸附式機構抓捕非合作目標的方法。首先，進行非合作目標抓捕機構設計—細胞衛星吸附式抓捕機構，即在細胞衛星上設計類似壁虎爪或者魚叉的粘附機構，利用粘附機構直接貼合在非合作目標表面，理想情況是兩者特定表面能夠穩定貼合在一起，但是單邊或者單點接觸也很可能發生，由此將可能造成特定表面無法粘合而引起黏附失敗。然后，進行抓捕過程建模。本發明對于單點或單邊接觸的情況提出了的一種等效模型—二體鉸接連桿機構物理模型，能夠利用D-H表示法和拉格朗日方程建立的多體模型進行理論分析。

為了實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種細胞衛星吸附式抓捕非合作目標方法，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、在細胞衛星主體一個面上用于后續操作的對接機構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。

作為本發明的進一步改進，所述的粘附機構為吸盤。

作為本發明的進一步改進，所述的吸盤包括方形吸盤主體和設置在方形吸盤主體周圍分布的爪結構。

作為本發明的進一步改進，所述的細胞衛星主體為立方體結構。

作為本發明的進一步改進，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。

作為本發明的進一步改進，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；