[发明专利]基于相对椭圆构型的空间翻滚目标间歇接触式消旋方法

权利要求书

1.一种基于相对椭圆构型的空间翻滚目标间歇接触式消旋方法，其特征在于，包括：

步骤一：从安全角度出发，基于空间翻滚目标和空间消旋机器人的包络体确定消旋接触点位置；

步骤二：以对空间消旋机器人影响最小的原则确定空间消旋机器人机械臂构型；

步骤三：依据步骤一给出的消旋接触点位置和步骤二给出的机械臂构型确定空间消旋机器人与空间翻滚目标的相对椭圆构型；

所述步骤一中的安全角度包括：在选定接触点进行接触消旋时，产生的接触力和接触力矩不会对消旋机器人和空间翻滚目标造成损害；所述接触力和所述接触力矩由柔性刷的挠性变形及其与目标表面的相对摩擦产生，通过材料力学中的轻质杆模型和摩擦力学的库仑摩擦力模型来进行计算；所述空间翻滚目标的包络体为以其附件边缘点相对于目标质心的最大距离为半径的球体；所述空间消旋机器人的包络体有内包络体和外包络体，其中内包络体是指空间消旋机器人机械臂末端的工作可达区域，外包络体是指空间消旋机器人机械臂末端柔性刷的可达区域；所述空间消旋机器人包括卫星平台、机械臂以及末端执行器三个部分；其中，卫星平台为“中心刚体+单侧太阳帆板”构型，主要为空间消旋机器人提供轨道和姿态控制；机械臂采用“肘型机械臂+球形手腕”构型，主要负责将末端执行器送到目标附近，且控制末端执行器相对于目标的位置姿态；末端执行器设计为柔性刷，可以等效成固定长度上的平动关节，主要用来对目标实施消旋；

所述步骤二中的对空间消旋机器人影响最小的原则包括：以雅可比矩阵的奇异特征矩阵的迹为评价指标；所述步骤二中的空间消旋机器人机械臂构型包括：柔性刷和机械臂连杆位于一条直线上，且该直线经过卫星平台本体坐标系原点；

所述步骤三中的空间消旋机器人与空间翻滚目标的相对椭圆构型，采用根据Hill方程确定的封闭相对椭圆构型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中的消旋接触点位置为目标包络体边缘且经过空间消旋机器人和目标质心连线的位置。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述空间消旋机器人等价为包含6个转动关节和3个平动关节的连杆系统；

其中，空间消旋机器人机械臂与卫星平台之间的连接等价为一个平动关节；所述空间消旋机器人末端柔性刷与机械臂之间的连接等价为两个平动关节。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述封闭相对椭圆的中心点位于Hill坐标系的V-bar轴上。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述椭圆半长轴的大小由椭圆中心位置、目标包络体半径、空间消旋机器人内外包络体半径和封闭相对椭圆到目标的最近距离给予确定。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述封闭相对椭圆到目标的最近距离由椭圆中心位置和椭圆半长轴确定，且满足空间消旋机器人的内包络体与目标的包络体没有相交而外包络体与目标的包络体相交，即机械臂不能与目标发生碰撞的同时，柔性刷要与目标接触。