[发明专利]变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法

说明书

本发明公开了一种变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，包括：在空间机器人上均匀安装三条绳驱蛇形机械臂；利用机器人D‑H坐标系描述每条绳驱蛇形机械臂，分别确定每条绳驱蛇形机械臂的位姿；基于轨道坐标系确定目标航天器的位姿；当空间机器人捕获目标航天器产生碰撞力时，建立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；根据伸缩拉力和绳索期望速度确定每条绳驱蛇形机械臂的控制模式，根据控制模式调节碰撞力捕获目标航天器。该方法可实现对目标的接触式捕获，且可以主动调节捕获过程中的接触刚度，避免因碰撞力过大而导致目标脆弱部位的破裂。

技术领域

本发明涉及空间捕获技术领域，特别涉及一种变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法。

背景技术

随着人类航天活动的日益增加，空间碎片、失效卫星等空间非合作目标的数量不断增加，严重威胁人类的正常航天活动。为消除近地轨道空间非合作目标，目前研究人员设计了多种针对空间非合作目标的消旋与捕获方法，主要可分为两类：接触式捕获和非接触式捕获。其中，接触式捕获主要利用空间机械臂携带捕获器对目标进行抓取，非接触式捕获主要利用电磁效应改变目标的运动状态。接触式捕获可实现针对多种形状和质量目标的消旋与捕获，但是接触碰撞过程复杂，容易造成目标的二次解体。非接触式捕获虽然不会与目标之间产生巨大的接触力，但是一般需要多颗卫星协同操作，技术复杂，且智能对目标消旋，无法捕获。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法。

为达到上述目的，本发明实施例提出了变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，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。

本发明实施例的变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法，可以实现对目标的接触式捕获，且可以主动调节捕获过程中的接触刚度，避免因碰撞力过大而导致目标脆弱部位的破裂。

另外，根据本发明上述实施例的变刚度绳驱蛇形机械臂的空间目标捕获方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，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。

进一步地，在本发明的一个实施例中，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