[发明专利]一种基于空间折叠机械臂的空间碎片消旋方法

说明书

本发明公开了一种基于空间折叠机械臂的空间碎片消旋方法，应用于处于预定轨道的空间机器人平台；本发明的方法为首先完成与待抓捕空间碎片的逼近；测出空间碎片的转动惯量主轴；使用带有粘附材料的末端器粘附抓捕空间碎片；通过展开可折叠机械臂，使空间机器人平台和空间碎片之间的距离增加，提高整个组合体的转动惯量来进行消旋；借助空间机器人平台上的喷气姿控系统进行进一步的消旋；最后收紧机械臂，回收空间碎片；本发明能够对空间碎片进行安全的接触式消旋处理，此外，通过展开可折叠机械臂能够提高喷气力消旋的力臂，可减少能源消耗，本发明可用于空间碎片的消旋和回收，也可用于其它旋转目标的消旋及控制。

技术领域

本发明涉及一种基于空间折叠机械臂的空间碎片消旋方法，可应用于翻滚空间碎片的消旋和清理，属于航天领域的空间在轨服务技术。

背景技术

随着人类对外太空的探索活动不断增加，在带来巨大效益的同时也对近地轨道环境产生了持续深远的影响。例如，残留的火箭末级、废弃卫星、航天器碰撞衍生物等大量空间碎片对世界各国航天事业的发展构成了巨大威胁。大量空间碎片长时间处于失控状态，受重力梯度、太阳光压等摄动力矩及失效前自身残余角动量的影响，往往会出现极其复杂的旋转运动。因此，对空间碎片进行主动清除是一件迫在眉睫且极具挑战的任务。随着人工智能、机器视觉的飞速发展，空间机械臂越来越多地被应用到在轨服务领域。使用空间机械臂进行空间碎片清除的过程通常包括：接近、捕获、消旋和回收，其中捕获与消旋过程为空间碎片清理关键环节。针对空间碎片高速翻滚，为避免对机械臂末端器的损坏，必须对空间碎片进行消旋处理。目前，对于空间机械臂抓捕而言，主要采取诸如电磁消旋、涡流消旋等非接触式方法来进行消旋，需要在机械臂末端器上搭载线圈等特殊结构，而且需要消耗大量的能源及时间。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种基于空间折叠机械臂的空间碎片消旋方法，可用于空间机械臂主动清除翻滚空间碎片，且无需搭载线圈等特殊结构，通过展开可折叠机械臂能够提高喷气力消旋的力臂，可减少能源消耗及时间。

本发明是这样实现的：

一种基于空间折叠机械臂的空间碎片消旋方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、空间机器人平台收紧机械臂，并机动至待抓捕空间碎片附近；

步骤二、通过机载的测量系统观测空间碎片的转动惯量主轴，并使机械臂末端器垂直于主转动惯量主轴；

步骤三、将机械臂末端器粘附在空间碎片上，使用机械臂末端器上粘附层抓捕空间碎片；

步骤四、展开可折叠机械臂，使空间机器人平台和空间碎片之间的距离增加，提高整个组合体的转动惯量进行消旋；该步骤通过展开可折叠机械臂使空间碎片初步消旋

步骤五、借助空间机器人平台上的喷气姿控系统进一步的消旋；

步骤六、收紧机械臂，回收空间碎片，完成整个消旋及回收过程。

进一步，所述的步骤二具体为：

2.1，首先通过机载的测量系统测出空间碎片的各转动惯量主轴，并测出其中角速度最大的一个惯量主轴，即主转动惯量主轴；

2.2，以空间碎片的三个惯量主轴建立局部坐标系O_TX_TY_TZ_T，再将主转动惯量主轴定义为该局部坐标系中的O_TY_T轴，同时以空间机器人的三个惯量主轴建立局部坐标系O_BX_BY_BZ_B，并使机械臂末端器法向O_BZ_B垂直于空间碎片的主转动惯量主轴。