[发明专利]一种模拟空间机械臂捕获目标卫星的地面三维空间微重力的装置与方法

权利要求书

1.一种模拟空间机械臂捕获目标卫星的地面三维空间微重力的装置，其特征在于， 一种模拟空间机械臂捕获目标卫星的地面三维空间微重力的装置具体包括工业机械臂 A(9)、工业机械臂T(10)；空间机械臂(2)，手眼相机(3)，捕获手爪(4)，捕获接口(6)，服 务卫星本体模拟器(7)，目标卫星本体模拟器(8)以及六维力/力矩传感器(11)组成；

所述的工业机械臂A(9)末端与服务卫星本体模拟器(7)相连，服务卫星本体模拟器(7) 通过连接法兰连接六维力/力矩传感器(11)；六维力/力矩传感器(11)通过连接法兰连接空间 机械臂(2)；空间机械臂(2)通过螺栓与手眼相机(3)相连接，手眼相机(3)通过螺栓连接捕获手 爪(4)；

所述的工业机械臂T(10)通过连接法兰连接六维力/力矩传感器(11)，六维力/力矩传感 器(11)通过连接法兰连接目标卫星本体模拟器(8)；目标卫星本体模拟器(8)连接捕获接 口(6)；

其中，接捕获接口(6)与捕获手爪(4)相匹配。

2.一种模拟空间机械臂捕获目标卫星的地面三维空间微重力的实现方法，其特征在 于：一种模拟空间机械臂捕获目标卫星的地面三维空间微重力的实现方法具体包括以下步 骤：

步骤一、模拟目标卫星的运动；利用运动学等效算法将目标卫星本体模拟器(8)通过 工业机械臂T(10)模拟实际目标卫星运动状态；

步骤二、通过手眼相机(3)采集步骤一中目标卫星本体模拟器(8)相对运动信息的视觉 图像，根据视觉图像确定目标卫星本体模拟器(8)的相对于手眼相机(3)的位置与卫星本体 模拟器(8)的姿态；

步骤三、将步骤二确定的相对位置和姿态传递给空间机械臂(2)控制器，空间机械臂(2) 控制器通过相对位置和姿态信息确定空间机械臂(2)末端运动信息；根据空间机械臂(2)末端 运动信息，确定空间机械臂(2)各关节的运动信息；其中，空间机械臂(2)各关节的运动信息 包括空间机械臂的关节角加速度和空间机械臂的关节角速度下角标m为空间机械 臂；其中，空间机械臂(2)末端具体为空间机械臂(2)与手眼相机(3)的连接处；

步骤四、根据空间机械臂(2)各关节的运动信息计算服务卫星本体模拟器(7)基座的运动 信息；

步骤五、根据服务卫星本体模拟器(7)基座的运动信息，通过运动学等效算法计算工业 机械臂A(9)的末端运动信息；其中，工业机械臂A(9)的末端为工业机械臂A(9)与服务卫星 本体模拟器(7)的连接处；

步骤六、根据视觉图像确定目标卫星本体模拟器(8)的相对于手眼相机(3)的位置的姿 态判断接捕获接口(6)是否在捕获手爪(4)所在的捕获区域内；若在捕获手爪(4)所在的捕 获区域内则进行步骤八；若不在，则重复步骤一至五；直至捕获接口(6)在捕获手爪(4) 所在的捕获区域内为止；

步骤七、利用空间机械臂(2)的控制器控制捕获手爪(4)捕获目标卫星本体模拟器(8)；

步骤八、当捕获手爪(4)捕获目标卫星本体模拟器(8)后，目标卫星本体模拟器(8) 根据所受的接触力通过动力学算法来估计目标卫星本体模拟器(8)运动状态；

步骤九、根据步骤八估计的目标卫星本体模拟器(8)运动状态，通过运动学等效的方 法，模拟工业机械臂T(10)受力后的实际目标卫星的运动状态；

步骤十、根据力矩传感器测量的捕获手爪(4)与目标卫星本体模拟器(8)之间接触对基 座产生的外力和外力矩通过空间机械臂的动力学算法，计算出服务卫星本体模拟器(7)的运 动状态，通过运动学等效算法利用工业机械臂A(9)的运动实现服务卫星本体模拟器(7)的运 动状态。