[发明专利]一种基于多指机构的三维空间翻滚目标包络抓捕方法

说明书

本发明公开了一种基于多指机构的三维空间翻滚目标包络抓捕方法，包括：S100，根据多指机构的各个手指4的基关节之间的相对位置关系以及各个手指4自身的构型描述，建立多指机构的结构描述模型，S200，根据多指机构能够约束住三维空间翻滚目标运动时，多指机构和三维空间翻滚目标之间应当满足的条件，推导多指机构的有效包络条件；S300，根据多指机构包络算法，寻找出满足包络条件的有效多指机构构型。本方法在对空间翻滚目标进行抓捕时，具有不需要抓捕点、不需要精确的目标信息、对目标几何外形具有更好的兼容性以及仅通过简单的位置控制就能够实现对目标运动约束的优点。

技术领域

本发明属于航空航天领域，涉及用于三维空间翻滚目标的抓捕方案，具体涉及一种基于多指机构的三维空间翻滚目标包络抓捕方法。

背景技术

伴随着人类对空间资源的不断探索与利用，由故障失效卫星、各种爆炸以及碎片等各种原因造成的大量空间垃圾，不仅占据着宝贵的轨道资源，还对正常在轨运行的航天器的安全造成了严重威胁。空间碎片大多是非合作目标，由于目标已失去姿态调整能力，且长期处于失控状态运行，受太阳光压、重力梯度等摄动力矩及失效前自身残余角动量的影响，往往会出现复杂的旋转运动，乃至最终趋向于自由翻滚运动，使得其抓捕极具挑战性。此外，通常这类目标还不具有专门用于抓捕连接的借口和合作性的测量装置等，这无疑进一步增加了空间翻滚目标的难度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于多指机构的三维空间翻滚目标包络抓捕方法。本方法在对空间翻滚目标进行抓捕时，具有不需要抓捕点、不需要精确的目标信息、对目标几何外形具有更好的兼容性以及仅通过简单的位置控制就能够实现对目标运动约束的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种基于多指机构的三维空间翻滚目标包络抓捕方法，包括以下步骤：

S100，根据多指机构的各个手指的基关节之间的相对位置关系以及各个手指自身的构型描述，建立多指机构的结构描述模型，

S200，根据多指机构能够约束住三维空间翻滚目标运动时，多指机构和三维空间翻滚目标之间应当满足的条件，推导多指机构的有效包络条件；

S300，根据多指机构包络算法，寻找出满足包络条件的有效多指机构构型；

所述多指机构包络算法具体包括：

S301，将多指机构的手指划分为一根主手指和剩余从手指两类；

S302，控制主手指基关节追踪包络点实现运动同步；

S303，通过调整主手指的关节角取值，使得主手指构型与包络边匹配；

S304，利用S100中的多指机构的结构描述模型，确定从手指构型；

S305，利用S200中的多指机构的有效包络条件，确定有效包络构型。

作为本发明的进一步改进，S100中，所述多指机构通过机械臂和服务卫星连接；多指机构包括手掌和n个手指，其中每个手指由m个连杆和m个单自由度的旋转关节组成。

作为本发明的进一步改进，第i个手指的基关节手指位置P_{b_i}和第j个手指的基关节手指位置P_{b_j}之间满足如下关系：

P_{b_j}＝P_{b_i}+δ_ij(j≠i,i≤n,j≤n) (2)

其中，δ_ij是由多指机构自身结构决定的第i个手指的基关节手指位置P_{b_i}和第j个手指的基关节手指位置P_{b_j}之间的相对矢量关系。