[发明专利]面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕装置及方法

权利要求书

1.一种面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕方法，其特征在于，包括以下步骤：

当携带多指手抓捕机构的服务航天器与空间翻滚失效目标实现轨道运动同步时，多指手抓捕机构进一步接近空间翻滚失效目标，在给定时间间隔内实现对目标的包络，将目标约束在由多指手抓捕机构形成的抓捕空间区域内，然后收紧手指实现对目标的抓捕；

具体包括以下步骤：

步骤1：服务航天器向空间翻滚目标接近，实现轨道运动同步，并调整姿态，使多指手抓捕机构对准空间翻滚失效目标；然后，服务航天器通过测量设备获取空间翻滚失效目标的测量信息，包括几何外形信息、惯性参数以及旋转角速度；

步骤2：根据空间翻滚失效目标的测量信息，预测在抓捕过程中空间翻滚失效目标的运动可达域；

步骤3：对于多指手抓捕机构，计算出在包络构型实现之前每根手指运动的所有可能路径的运动集合；进一步，考虑实现包络前每根手指不能与目标发生碰撞以及每根手指间也不能发生碰撞的约束，同时每根手指的位置也受多指手指基座的限制以及每根手指驱动力矩的约束，进而从运动集合中筛选出符合上述约束的可行手指构型；

步骤4：进行动态包络检测，在给定时刻，检测所有手指可行构型区域内是否存在对目标成功包络的有效手指构型，如果存在，则成功实现包络成功，反之则是包络不成功；

步骤5：在得到有效包络构型后，收紧手指，实现对目标的抓捕。

2.根据权利要求1所述的面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕方法，其特征在于，所述的空间翻滚失效目标是指平面物体或能够简化成平面物体的目标。

3.根据权利要求1所述的面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕方法，其特征在于，步骤1中的多指手抓捕机构中的每个手指简化为由中间刚性部分和外部柔性部分组成的点手指，柔性部分能够使得空间翻滚失效目标和多指手抓捕机构碰撞时不会对影响服务航天器正常工作。

4.根据权利要求1所述的面向空间翻滚失效目标的多指包络式容错抓捕方法，其特征在于，步骤2中目标的运动可达域是指整个包络过程中目标所有能够到达区域的集合，具体计算过程如下：

由步骤1中得到的目标惯性参数I_x、I_y和I_z以及I_xy、I_xz和I_yz，目标角速度ω和姿态四元数q，利用空间翻滚失效目标的一般性运动方程(1)和(2)预测出所有目标在每一时刻t的构型q_obj(t)，进而得到目标所有构型的集合{q_obj(t)}；

其中，ω＝[ω_x,ω_y,ω_z]^T是目标的角速度；是目标的角加速度；假设是目标的姿态四元数，其中q₀和分别是q的标量和矢量部分；q的导数和ω之间的关系如下：

这里，是q_t的导数；

对于2维平面物体的空间翻滚目标，忽略外力/外力矩影响时，其转动方程为：

其中，J_t是平面物体的转动惯量，ω_t是平面物体的转动角速度，M_t是平面物体受到的外力矩；对于平面物体，目标的姿态角θ_t可以表示为：

这里，θ_t(t₀)是物体在初始时刻t₀的姿态角；

由方程(3)和(4)，预测出2维空间翻滚失效目标在每一时刻t的构型q_obj(t)，进而得到目标所有构型的集合{q_obj(t)}。