[發明專利]一種基于多指機構的三維空間翻滾目標包絡抓捕方法

有效

• 申請號: 202010157734.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111360828B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 孫沖;萬文婭;袁源;宋金豐;宋碩;張震
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B64G4/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李曉曉

本發明公開了一種基于多指機構的三維空間翻滾目標包絡抓捕方法，包括：S100，根據多指機構的各個手指4的基關節之間的相對位置關系以及各個手指4自身的構型描述，建立多指機構的結構描述模型，S200，根據多指機構能夠約束住三維空間翻滾目標運動時，多指機構和三維空間翻滾目標之間應當滿足的條件，推導多指機構的有效包絡條件；S300，根據多指機構包絡算法，尋找出滿足包絡條件的有效多指機構構型。本方法在對空間翻滾目標進行抓捕時，具有不需要抓捕點、不需要精確的目標信息、對目標幾何外形具有更好的兼容性以及僅通過簡單的位置控制就能夠實現對目標運動約束的優點。

技術領域

本發明屬于航空航天領域，涉及用于三維空間翻滾目標的抓捕方案，具體涉及一種基于多指機構的三維空間翻滾目標包絡抓捕方法。

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、各種爆炸以及碎片等各種原因造成的大量空間垃圾，不僅占據著寶貴的軌道資源，還對正常在軌運行的航天器的安全造成了嚴重威脅。空間碎片大多是非合作目標，由于目標已失去姿態調整能力，且長期處于失控狀態運行，受太陽光壓、重力梯度等攝動力矩及失效前自身殘余角動量的影響，往往會出現復雜的旋轉運動，乃至最終趨向于自由翻滾運動，使得其抓捕極具挑戰性。此外，通常這類目標還不具有專門用于抓捕連接的借口和合作性的測量裝置等，這無疑進一步增加了空間翻滾目標的難度。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種基于多指機構的三維空間翻滾目標包絡抓捕方法。本方法在對空間翻滾目標進行抓捕時，具有不需要抓捕點、不需要精確的目標信息、對目標幾何外形具有更好的兼容性以及僅通過簡單的位置控制就能夠實現對目標運動約束的優點。

為了實現上述目的，本發明提供了如下的技術方案。

一種基于多指機構的三維空間翻滾目標包絡抓捕方法，包括以下步驟：

S100，根據多指機構的各個手指的基關節之間的相對位置關系以及各個手指自身的構型描述，建立多指機構的結構描述模型，

S200，根據多指機構能夠約束住三維空間翻滾目標運動時，多指機構和三維空間翻滾目標之間應當滿足的條件，推導多指機構的有效包絡條件；

S300，根據多指機構包絡算法，尋找出滿足包絡條件的有效多指機構構型；

所述多指機構包絡算法具體包括：

S301，將多指機構的手指劃分為一根主手指和剩余從手指兩類；

S302，控制主手指基關節追蹤包絡點實現運動同步；

S303，通過調整主手指的關節角取值，使得主手指構型與包絡邊匹配；

S304，利用S100中的多指機構的結構描述模型，確定從手指構型；

S305，利用S200中的多指機構的有效包絡條件，確定有效包絡構型。

作為本發明的進一步改進，S100中，所述多指機構通過機械臂和服務衛星連接；多指機構包括手掌和n個手指，其中每個手指由m個連桿和m個單自由度的旋轉關節組成。

作為本發明的進一步改進，第i個手指的基關節手指位置P_{b_i}和第j個手指的基關節手指位置P_{b_j}之間滿足如下關系：

P_{b_j}＝P_{b_i}+δ_ij(j≠i,i≤n,j≤n) (2)

其中，δ_ij是由多指機構自身結構決定的第i個手指的基關節手指位置P_{b_i}和第j個手指的基關節手指位置P_{b_j}之間的相對矢量關系。