[发明专利]变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法

权利要求书

1.一种变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，在空间机器人上均匀安装三条绳驱蛇形机械臂；

步骤S2，利用机器人D-H坐标系描述每条绳驱蛇形机械臂，分别确定所述每条绳驱蛇形机械臂的位姿；

步骤S3，基于轨道坐标系确定目标航天器的位姿；

步骤S4，当所述空间机器人根据所述每条绳驱蛇形机械臂的位姿和所述目标航天器的位姿捕获所述目标航天器产生碰撞力时，建立所述空间机器人的动力学模型，利用纯力控求解满足机构位移与刚度需求的绳索拉力，再利用力控混合控制求解绳索期望速度；

步骤S5，根据所述伸缩拉力和所述绳索期望速度确定所述每条绳驱蛇形机械臂的控制模式，根据所述控制模式调节所述碰撞力捕获所述目标航天器，其中，所述控制模式包括速度控制模式和力控制模式。

2.根据权利要求1所述的变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，其特征在于，每条绳驱蛇形机械臂由多个类似的椎节构成，其中，椎节之间依靠万向节连接，每个椎节上安装有导线板，用于引导绳索致驱动部位。

3.根据权利要求1所述的变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，其特征在于，所述每条绳驱蛇形机械臂的位姿为：

Tⁱ＝T₀·⁰T₁·¹T₂L ^2i-2T_2i-1·^2i-1T_2i

其中，^i-1T_i为相邻D-H坐标系的齐次变换矩阵，q_i为绳驱蛇形机械臂中每个椎节i的角度，α_i为绳驱蛇形机械臂中连杆扭转角，d_i为绳驱蛇形机械臂中连杆偏距，a_i为绳驱蛇形机械臂中连杆长度，T₀＝[x_b y_b z_b]为基座的齐次变换矩阵，Tⁱ为绳驱蛇形机械臂中每个椎节的位姿。

4.根据权利要求1所述的变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

步骤S401，当捕获所述目标航天器产生碰撞力时，建立所述空间机器人的动力学模型；

步骤S402，预先定义机构刚度模型，根据所述机构刚度模型和所述动力学模型计算机构刚度；

步骤S403，利用所述机构刚度和所述动力学模型求解所述满足机构位移与刚度需求的绳索拉力；

步骤S404，根据绳索速度与关节角速度之间的关系求解所述绳索期望速度。

5.根据权利要求4所述的变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，其特征在于，所述动力学模型为：

其中，H_m为蛇形机械臂惯性矩阵，H_b为基座的惯性矩阵，H_bm为基座和蛇形臂的耦合惯性矩阵，c_b为基座的科氏矩阵，c_m为蛇形机械臂科氏矩阵，q为关节角度，J_F为绳索拉力向关节空间映射的雅可比矩阵，F^e为椎节所受的接触力，J_t为蛇形臂关节对于绳索拉力的雅可比矩阵，f＝[f_j]_J×1为绳索拉力向量。

6.根据权利要求4所述的变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，其特征在于，所述机构刚度模型为：

其中，K为机构刚度，S^T为椎节所受的接触力F^e的作用点的位移。