[发明专利]一种双目相机辅助的空间非合作目标动力学参数辨识方法

说明书

本发明公开了一种双目相机辅助的空间非合作目标动力学参数辨识方法，根据本体加速度、角加速度、关节角以及服务卫星的本体几何特征，通过积分、微分，求取在惯性参考系下的本体速度、角速度、关节角速度以及关节位置速度；由动力学公式计算服务卫星在接触点所受外力大小，即为服务卫星对目标施加力的反力；构建目标的模型，在目标固有参考系下构建力与加速度的关系等式；循环进行多次采样，利用最小二乘优化法获得目标的参数，完成空间非合作目标动力学参数辨识。本方法能在非合作目标‑末端执行器接触点存在相对运动的情况下对非合作目标质量特征参数进行精确的辨识，且能够降低噪音的影响，并具有计算量较小的优点。

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体涉及一种双目相机辅助的空间非合作目标动力学参数辨识方法。

背景技术

随着航天技术的发展，在轨服务技术日益受到人们的关注，在轨服务最关键的一项技术是空间机器人对非合作目标的抓捕，它是空间碎片移除、故障卫星维修、失效卫星再利用等一系列任务的基础技术。空间非合作目标抓捕分为三个阶段——抓捕前逼近、碰撞、抓捕后稳定。在第三个阶段，装备有空间机械臂的服务卫星需要完成组合体稳定，而抓捕前对非合作目标的运动学重建以及参数估计已经无法满足精确控制的要求，因此需要在抓捕后对非合作目标完成进一步的动力学参数辨识，从而为服务星-目标星组合体的稳定控制提供良好的基础。

针对空间非合作目标抓捕设计的通用抓捕机构，很难实现对未知的抓捕点的完全稳固抓捕，尤其是利用单臂空间机器人的抓捕，极易出现抓捕后非合作目标相对空间机器人末端执行器滑动的现象。常规的参数辨识方法假定接触点是牢固的，若在出现接触点滑动的情况下继续采用常规的参数辨识方法，估算的参数将会出现极大的误差，从而导致稳定控制器失效，最终产生组合体翻滚的现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种双目相机辅助的空间非合作目标动力学参数辨识方法，将双目相机的运动重建引入参数辨识中，提高参数辨识的精度。

本发明采用以下技术方案：

一种双目相机辅助的空间非合作目标动力学参数辨识方法，包括以下步骤：

S1、利用星上加速计、陀螺仪测量服务卫星本体的加速度角加速度利用编码器测量机械臂关节角θ_i，i＝1:N,N＝6；

S2、利用双目相机计算目标固有坐标系相对末端执行器固有坐标系的方向余弦矩阵，以及某个特征点相对接触点的坐标；

S3、根据本体加速度、角加速度、关节角以及服务卫星的本体几何特征，通过积分、微分，求取在惯性参考系下的本体速度、角速度、关节角速度以及关节位置速度；

S4、由动力学公式计算服务卫星在接触点所受外力大小，即为服务卫星对目标施加力的反力；

S5、构建目标的模型，在目标固有参考系下构建力与加速度的关系等式；

S6、循环进行多次采样，利用最小二乘优化法获得目标的参数，完成空间非合作目标动力学参数辨识。

具体的，步骤S2中，通过旋转矩阵^U(t)R_U(t+Δt)与平移矩阵^U(t)T_U(t+Δt)检验目标与末端执行器是否存在位移，双目相机预先测量在N关节本体坐标系中，接触点相对相机的位置，即^Nr_S,W，并实时计算在N关节本体坐标系中，人工设定目标固有坐标系原点相对相机的位置，即