[发明专利]一种针对柔性捕获中期望包络点的确定方法

说明书

本发明涉及一种针对柔性捕获中期望包络点的确定方法，建立智能飞网动力学模型，以飞网飞行过程中的四个机动单元构成一个四边形的柔性网，根据机动单元位置，估计碰撞中心；根据估计出的碰撞中心，得到期望的包络点的坐标。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)可以实时估计出柔性捕获时目标质心碰撞在柔性网的位置，即碰撞中心；(2)针对智能飞网捕获目标后收口控制中期望包络点难以确定的问题，本专利根据估计出的碰撞中心可以得到期望的包络点，为智能飞网的控制奠定基础。

技术领域

本发明属于飞行器控制技术研究领域，涉及一种针对柔性捕获中期望包络点的确定方法。

背景技术

智能飞网是柔性捕获中常见的方式之一，由“柔性网+机动单元”组成。其中“机动单元”位于柔性网的各个角落，使得柔性网具有机动能力。根据应用场景不同，“机动单元”可以是微小卫星，用于空间垃圾清理；也可以是无人机，用于空中物品搬运；也可以是水下机器人，用于水下捕捞等。智能飞网的在抓捕目标后，为使目标被柔性网完全包裹住，机动单元将向同一位置靠拢(将这一位置称为包络点)，完成收口，以防止目标逃出飞网。

智能飞网在抓捕时，当目标撞在网中心时，飞网网型保持对称，期望的包络点即为目标下方对应的网中心位置。然而，由于测量误差及目标具有机动性等因素，目标往往不能按照预期撞在网中心。当抓捕时目标没有撞在网中心，碰撞后飞网网型不再对称，此时机动单元的包络点很难确定。若能实时估计出目标碰撞在网的位置(将这一位置称为碰撞中心)，则包络点即为碰撞中心所对应的位置，确定了包络点后飞网可顺利完成收口将目标完全包裹住。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种针对柔性捕获中期望包络点的确定方法，利用四个机动单元的位置信息，实时估计出飞网抓捕目标时的碰撞中心，为后续飞网控制提供期望包络点，为成功抓捕提供保障。

技术方案

一种针对柔性捕获中期望包络点的确定方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、建立智能飞网动力学模型：将飞网离散化为一系列质点，相邻质点间的绳段视为无质量的弹簧杆；忽略可机动单元的大小及姿态，将其视为与飞网角落质点重合的质点，提供控制力或控制力矩；

智能飞网每个质点的动力学方程，即智能飞网动力学模型为：

其中：m_i表示每个质点的质量，R_i表示惯性坐标系坐标原点到质点的位置矢量，F_Gi表示重力，T_i表示相邻质点间的系绳拉力，F_ext表示其他外力，U表示控制力或控制力矩，仅与机动单元重合的质点U有值，其余质点的U＝0；

步骤2、根据机动单元位置，估计碰撞中心：以飞网飞行过程中的四个机动单元构成一个四边形的柔性网，根据智能飞网动力学模型实时得到四个机动单元的三轴位置R_A,R_B,R_C,R_D，其中R_A＝[x_A y_A z_A]^T m，R_B＝[x_B y_B z_B]^T m，R_C＝[x_C y_C z_C]^T m，R_D＝[x_D y_D z_D]^T m，x_i,y_i,z_i分别表示机动单元i的x,y,z轴的坐标值，其中i＝A,B,C,D；