[发明专利]空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法

权利要求书

1.一种空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，建立空间机械臂的动力学模型；动力学模型包括运动学方程与动力学方程；

步骤2，将空间机械臂的末端表示为多个多面体的组合，将非合作目标表示为一个多面体；依次将表示空间机械臂末端的多个多面体对表示非合作目标的一个多面体进行碰撞检测，检测两个不同多面体是否碰撞；若无碰撞则重复步骤2，若有碰撞则检测两个不同多面体的碰撞交点；

步骤3，根据两个不同多面体的碰撞交点，通过非线性阻尼模型对空间机械臂抓捕非合作目标过程中的碰撞力进行求解，得到的碰撞力如下式所示，

其中，γ是碰撞的载荷系数，E^*为材料常数，A'是接触面积，τ′_max是接触面的形状系数，δ_max是接触面最大的法向面变形，b'＝b/k，b和k分别为阻尼系数和接触刚度，是碰撞速度；

步骤4，将求解得到的碰撞力代入到空间机械臂的动力学方程中得到抓捕过程中的碰撞响应。

2.根据权利要求1所述的一种空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法，其特征在于，步骤1中，采用空间向量法建立空间机械臂的动力学模型。

3.根据权利要求2所述的一种空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法，其特征在于，步骤1中，所述的空间机械臂包括依次连接基座、关节和末端执行器，基座为自由漂浮状态；

则空间机械臂的运动学方程为，

其中，J_g为空间机械臂的广义雅克比矩阵，包含基座的速度、角速度及各关节速度，代表末端执行器的速度；

则空间机械臂的动力学方程为，

其中，和H分别为基座和机械臂的广义惯性矩阵，F为基座与机械臂的耦合惯性矩阵，a₀和分别代表基座和关节的加速度；和C代表广义基力，τ为关节的广义力。

4.根据权利要求1所述的一种空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法，其特征在于，步骤2中，碰撞检测时，按采样时间离散计算每一时刻两个多面体是否有交集；若无交集，则两刚体不发生碰撞，若存在交集，则计算交点位置，得到碰撞的接触面积及嵌入深度。

5.根据权利要求1所述的一种空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法，其特征在于，材料常数E^*由碰撞体的特性决定，表示如下式，

其中，E₁,v₁,E₂,v₂分别为空间机械臂和非合作目标的杨氏模量与泊松比。

6.根据权利要求1所述的一种空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法，其特征在于，步骤4中，根据对碰撞响应的分析判断碰撞对空间机械臂本身和目标的作用，设置控制器，更好的完成对目标的抓捕。