[发明专利]自生长柔性变刚度机械臂空间跨尺寸目标自动捕获控制方法

说明书

一种自生长柔性变刚度机械臂空间跨尺寸目标自动捕获控制方法，包括：遥操作模式和自动捕获模式，其中：遥操作模式是指：通过预设的每段机械臂主体的长度和每个关节的弯曲角度，并根据目标物的位置实时调整，以使机械臂的末端达到目标物位置；自动捕获模式是指：首先根据目标物的大小决定使用抓取策略或缠绕策略，当目标物的体积处于机械臂末端抓手的抓取范围内时采用抓取策略，否则采用缠绕策略；抓取或缠绕策略中机械臂长度的分配均采取所受最大力矩相等的原则。本发明针对不同尺寸的目标物体有抓取和缠绕两种策略，且两种策略间的转换不需要额外拆装附加部件，具有更高的灵活性、更大的工作范围和更强的适应性，同时适应空间自生长柔性变刚度机械臂可收纳、重量轻、作用范围大等特点。

技术领域

本发明涉及的是一种空间技术设备领域的技术，具体是一种自生长柔性变刚度机械臂空间跨尺寸目标自动捕获控制方法。

背景技术

空间技术是人类科学技术发展的结晶，是人类探索浩瀚宇宙的基础，轨道垃圾捕获技术是在人类的太空活动越来越频繁的情况下提出的以保障空间人员和装备安全作业为目标的一项空间有害物清除或是转移技术。现有的轨道垃圾捕获技术主要采用刚性机械臂或索网捕获装置。但刚性机械臂由于其长度有限而导致作业距离较短，难以捕获远距离的轨道垃圾；其关节位置相对固定，难以实现灵活的控制策略；刚性机械臂一般在末端装载抓手来捕获目标，但当目标物体积较大时，抓手往往不足以抓取目标，因此其缺乏一种应对大型目标的捕获策略。而索网捕获装置虽然能够捕获远距离和各种尺度的轨道垃圾，但其往往是一次性的，不可重复利用。

发明内容

本发明针对现有技术仅能实现空间机械臂的伸缩，而无法控制其弯曲的缺陷，提出一种自生长柔性变刚度机械臂空间跨尺寸目标自动捕获控制方法，通过自主选择遥操作模式或自动捕获模式，针对不同尺寸的目标物体有抓取和缠绕两种策略，且两种策略间的转换不需要额外拆装附加部件，具有更高的灵活性、更大的工作范围和更强的适应性，同时适应空间自生长柔性变刚度机械臂可收纳、重量轻、作用范围大等特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种自生长柔性变刚度机械臂空间跨尺寸目标自动捕获控制方法，包括：遥操作模式和自动捕获模式，其中：遥操作模式是指：通过预设的每段机械臂主体的长度和每个关节的弯曲角度，并根据目标物的位置实时调整，以使机械臂的末端达到目标物位置；自动捕获模式是指：首先根据目标物的大小决定使用抓取策略或缠绕策略，当目标物的体积处于机械臂末端抓手的抓取范围内时采用抓取策略，否则采用缠绕策略；抓取或缠绕策略中机械臂长度的分配均采取所受最大力矩相等的原则。

所述的自生长柔性变刚度机械臂包括：中央控制器、基座、抓手、两端分别与基座和抓手相连的机械臂主体以及活动设置于机械臂主体上的若干个关节，其中：关节通过移动电机在机械臂主体上移动，从而改变机械臂主体的局部刚度，并通过弯曲电机使机械臂主体在该处发生弯曲，中央控制器通过用户输入的指令向基座或关节发送信息以实现电机间协同控制。

所述的基座和各个关节中均设有本地控制器，该本地控制器包括：电源单元、通讯单元、处理单元、电机单元、传感单元，其中：电源单元通过升压元件和降压元件分别向通讯单元、处理单元、电机单元、传感单元提供能源；通讯单元接收中央控制器传输的信息，将其传递给处理单元，处理单元将信息转化为电平信号传输给电机单元，电机单元根据接收到的电平信号执行相应的转动，同时传感单元根据电机单元的实际运行情况，得到相应的转角信息，并将其传输回处理单元，处理单元根据得到的转角信号，进行闭环控制计算，将调节后的电平信号传输给电机单元。

所述的抓取策略包括：输入目标物的位置、中央控制器计算机械臂长度和关节角度、中央控制器发送指令给基座和关节、基座和关节完成相应动作并通过位置和角度传感器精确控制运动、机械臂末端抓手到达目标物位点、实施抓取动作、机械臂转运或回收、末端抓手释放目标物。