[发明专利]一种空间目标抓捕试验系统的运动模拟器运动分配方法

说明书

本发明公开了一种空间目标抓捕试验系统的运动模拟器运动分配方法。空间目标抓捕半物理试验系统中通常配备两个附带移动基座的六自由度工业机械臂，安装在一维运动导轨上，作为空间中两物体六自由度运动模拟器。由于机械臂只能模拟出在其工作空间内的运动，但是空间中物体的质心绝对运动范围是非常大的。因此运动模拟器一般用于模拟相互距离较近的物体之间的相对运动。本发明的目的在于已知两空间中运动物体的相对位姿的情况下，通过适当的运动分配策略，将相对运动合理地分配到每个运动模拟器中，既保证相对运动模拟效果，又满足实物系统的可实现性。本发明既适用于合作/非合作目标，也适用于空间目标交会对接试验系统。

技术领域

本发明涉及地面试验验证技术领域，尤其涉及一种空间目标抓捕试验系统的运动模拟器运动分配方法。

背景技术

空间在轨服务与维护技术已为当前航天技术研究的热点与重点，针对故障卫星的维修、空间碎片的移除、在轨卫星的延寿等任务，都涉及到对空间目标的逼近与抓捕技术。要想完成此类高难度的在轨任务，除了提出可行完善的技术方案外，鉴于地面环境与空间环境的巨大差异，还需要提出合理的具备验证能力的地面试验方法。针对空间目标抓捕的试验验证系统因此而生。

目前国内外的空间目标交会对接试验系统主要是针对合作稳定目标，主动端和被动端飞行器都具有稳定的对地姿态，运动模拟器的输入为相对位置与各自的对地姿态。而空间碎片或者失效卫星一般都具有自旋加章动的复杂姿态运动，在空间目标抓捕试验系统中，作为运动模拟器的工业机械臂由于软硬件的限制无法一直维持自旋运动，以及出于对试验安全性的考虑，因此要将需要模拟的运动信息更改为完全的两物体的位置与姿态相对运动，同时在技术方案上要求主动端飞行器保持与被动端飞行器的同步自旋，保留目标章动带来的相对姿态运动。

此时如何分配主动端和被动端的运动模拟器所需模拟的运动成为了重要问题。运动模拟器末端安装的负载越重，运动模拟器对输入信号的动态响应的时延也就越大，运动模拟也就越失真；运动模拟器运动速度越快，对其末端安装的单机设备的安全风险也就越大；运动模拟器末端安装的单机设备一般为工业产品或者航天产品电性件，无法忍受量级较大的力学环境条件，因此反过来对运动模拟器的运动速度有限制。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提出一种空间目标抓捕试验系统的运动模拟器运动分配方法，在已知两空间中运动物体的相对位姿的情况下，通过适当的运动分配策略，将相对运动合理地分配到空间目标抓捕试验系统的每个运动模拟器中，既保证相对运动模拟效果，又满足实物系统的可实现性。

本发明的技术方案是：一种空间目标抓捕试验系统的运动模拟器运动分配方法予以实现，包括以下步骤：

1.首先定义试验系统中求解运动分配时所需要的各个坐标系：

i.CKcm系为主动端物体名义质心坐标系，原点在其动力学模型的名义质心处，三轴方向依实际情况而定；

ii.MBcm系为被动端物体名义质心坐标系，原点在其动力学模型的名义质心处，三轴方向依实际情况而定；

iii.CKbase系为主动端基座坐标系，原点在机器人基座安装法兰面几何中心，垂直法兰面为+Z方向，沿着导轨指向被动端为+X方向，+Y方向由右手系决定；

iv.MBbase系为被动端基座坐标系，原点在机器人基座安装法兰面几何中心，垂直法兰面为+Z方向，沿着导轨指向主动端为+X方向，+Y方向由右手系决定；

v.CKDH0系、CKDH6系分别为主动端运动模拟器在其基座、末端的DH坐标系；MBDH0系、MBDH6系分别为被动端运动模拟器在其基座、末端的DH坐标系。

同时，约定为坐标系a和坐标系b之间的齐次变换矩阵。

2.实时读取由动力学仿真机生成的空间中两物体名义质心坐标系的相对位姿