详情

原文传递一种空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法

专利名称：	一种空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法
摘要：	本发明公开了一种空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法，包括：步骤1：建立空间机器人捕获非合作目标后的动力学方程；步骤2：建立空间非合作目标的动力学方程；步骤3：建立空间机器人捕获非合作目标之后的动力学模型；步骤4：采用PID控制方法在空间机器人机械臂关节处施加关节控制力矩，使空间机器人机械臂关节角速度为零，完成消旋。策略明确，控制方法简单，能在短时间内完成非合作目标的消旋，为之后的操作提供便利。在有关节制动器的情况下，整个过程不需要额外提供能量，节约能量。具有很强的鲁棒性，对非合作目标的运动状态没有要求，即使在消旋过程中受到干扰或者非合作目标产生对抗，依然可以完成消旋过程。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	西北工业大学深圳研究院
发明人：	王明明;王嘉文;罗建军;袁建平;朱战霞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910081361.6
公开号：	CN109987258A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	徐文权
分类号：	B64G4/00(2006.01);B;B64;B64G;B64G4
申请人地址：	518057 广东省深圳市南山区高新南九道45号
主权项：	1.一种空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立空间机器人捕获非合作目标后的动力学方程；步骤2：建立空间非合作目标的动力学方程；步骤3：建立空间机器人捕获非合作目标之后的动力学模型；步骤4：采用PID控制方法在空间机器人机械臂关节处施加关节控制力矩，使空间机器人机械臂关节角速度为零，完成消旋。 2.根据权利要求1所述的空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法，其特征在于，所述步骤1的具体方法为：根据拉格朗日力学建立空间单臂机器人的动力学模型，化简得到空间机器人的动力学方程：其中：和分别为与基座和机械臂运动相关的非线性力，非线性力包括向心力与哥氏力；为作用于基座的力与力矩；为机械臂关节的驱动力矩；Hb是基座的惯量矩阵，Hbm是基座与机械臂的耦合惯量矩阵，Hm是机械臂的惯量矩阵；是基座平动与转动状态的加速度，为机械臂各关节转角的加速度；空间机器人捕获非合作目标后机械臂末端会受到目标给予的外力，得到空间机器人捕获非合作目标后的动力学方程：其中：为机械臂末端受到的力与力矩；令其中为基座的广义速度；将空间机器人捕获非合作目标后的动力学方程改写为：其中：u为关节控制力矩，Hs为捕获后组合体系统的惯量矩阵，cs为非线性项，JT为机械臂的Jacobian矩阵。 3.根据权利要求1所述的空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法，其特征在于，所述步骤2中：假设非合作目标为刚体，根据牛顿欧拉法建立非合作目标的动力学方程。 4.根据权利要求3所述的空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法，其特征在于，所述步骤2具体方法为：根据牛顿第二定律与动量矩定理，建立刚体平动与转动两部分的动力学方程：其中：m0与I0为目标航天器的质量与转动惯量，v0与ω0为目标速度与旋转角速度，F0与M0为目标所受外力与外力矩；由于目标受力与机械臂末端执行器受力互为反作用力，得到矩阵形式的非合作目标的动力学方程：其中：为广义速度；为广义质量矩阵；为离心力与哥氏力；其中，ρ为空间机器人与目标航天器接触点相对于目标航天器质心的位置矢量。 5.根据权利要求1所述的空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法，其特征在于，所述步骤3的具体方法为：将目标动力学方程中的Fe表达式带入捕获后空间机器人系统的动力学方程，将空间机器人动力学方程式中的Fe消去，得到：根据机械臂末端速度与目标航天器广义速度关系： ν0＝Aνh 其中：νh为末端执行器广义速度，对νh求导，得到空间机器人捕获非合作目标之后的动力学模型： 6.根据权利要求1所述的空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法，其特征在于，所述步骤4的具体方法为： S1：空间机器人末端捕获非合作目标后，采用PID控制方法根据空间机器人机械臂的关节角速度和角加速度，计算空间机器人机械臂关节处所需的关节控制力矩； S2：在空间机器人机械臂关节处施加关节控制力矩； S3：检测空间机器人机械臂关节角速度是否为零；是，消旋结束；否，返回S1。 7.根据权利要求6所述的空间机器人捕获非合作目标后的消旋方法，其特征在于，所述PID控制方法的PID控制律为：其中：为关节角加速度；u为关节控制力矩；其中，qd为期望关节角速度，q(t)为t时刻的关节角速度。
所属类别：	发明专利