[发明专利]一种基于超冗余机械臂的失效卫星自适应包络抓捕方法

说明书

本发明公开了一种基于超冗余机械臂的失效卫星自适应包络抓捕方法，所述的超冗余机械臂设置在服务卫星上，抓捕方法包括以下步骤：步骤1，推导抓捕失效卫星的超冗余机械臂的包络条件，即寻找出能约束住失效卫星运动的包络迹线；步骤2，建立超冗余机械臂的运动学模型，得到超冗余机械臂连杆的位置和姿态的齐次变换矩阵；步骤3，设计超冗余机械臂的包络运动规划算法，采用快速搜索随机树算法来搜索满足包络条件的超冗余机械臂构型，实现与包络迹线的匹配。该方法基于自身的高冗余性和灵活性，超冗余机械臂利用自己的躯干对失效卫星进行包裹，在不需要精确目标信息的条件下，实现对失效卫星的抓捕。

技术领域

本发明属于航空航天领域，涉及用于失效卫星的捕获方法，具体涉及一种基于超冗余机械臂的失效卫星自适应包络抓捕方法。

背景技术

伴随着人类对空间资源的不断探索与利用，由故障失效卫星、各种爆炸以及碎片等各种原因造成的大量空间垃圾，不仅占据着宝贵的轨道资源，还对正常在轨运行的航天器的安全造成了严重威胁。尤其是以失效卫星等为代表的大型空间碎片，一旦发生碰撞，将会产生更多的次生碎片。所以，对失效航天器等空间碎片清理迫在眉睫，然而，由于空间碎片的非合作性(无专门的抓捕对接机构、无合作测量装置等)使得其抓捕极具挑战性。为此，提出了一种对待抓捕目标具有自适应性的包络抓捕方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于超冗余机械臂的失效卫星自适应包络抓捕方法。该方法基于自身的高冗余性和灵活性，超冗余机械臂利用自己的躯干对失效卫星进行包裹，在不需要精确目标信息的条件下，实现对失效卫星的抓捕。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种基于超冗余机械臂的失效卫星自适应包络抓捕方法，所述的超冗余机械臂设置在服务卫星上，抓捕方法包括以下步骤：

步骤1，推导抓捕失效卫星的超冗余机械臂的包络条件，即寻找出能约束住失效卫星运动的包络迹线；

步骤2，建立超冗余机械臂的运动学模型，得到超冗余机械臂连杆的位置和姿态的齐次变换矩阵；

步骤3，设计超冗余机械臂的包络运动规划算法，采用快速搜索随机树算法来搜索满足包络条件的超冗余机械臂构型，实现与包络迹线的匹配。

作为本发明的进一步改进，步骤1具体步骤如下：

首先，选择一个通过失效卫星质心O_t但不通过失效卫星边线的平面作为包络平面P_ci；

然后，将包络平面与失效卫星相交，得到一个包络截面P_si:

P_si＝O_t∩P_ci (1)

最后，包络截面P_si与失效卫星7O_t的交线即为包络迹线C_i。

作为本发明的进一步改进，步骤2中的运动学模型为：