[发明专利]空间三维大尺度运动学仿真系统及方法

说明书

本发明提供了一种空间三维大尺度运动学仿真系统及方法。空间三维大尺度运动学仿真系统包括实验场地、目标飞行器模拟机构、任务飞行器模拟机构。目标飞行器模拟机构包括目标飞行器和第一工业机械臂，第一工业机械臂的末端连接于目标飞行器。任务飞行器模拟机构包括任务飞行器、第二工业机械臂和全方位移动平台，第二工业机械臂的基座固定于全方位移动平台上，第二工业机械臂的末端连接于任务飞行器，全方位移动平台设置在实验场地上并能够在实验场地上移动。通过本发明的空间三维大尺度运动学仿真方法，通过第二机械臂与全方位移动平台的结合，突破了地面实验环境的限制，实现了较大范围内的运动学仿真，增加了仿真系统的灵活性。

技术领域

本发明涉及三维半物理仿真技术领域，尤其涉及一种空间三维大尺度运动学仿真系统及方法。

背景技术

随着空间技术的发展，空间飞行器需要执行的任务逐渐变得复杂，为了完成这些越来越复杂的任务，研究空间环境中各个飞行器之间的运动关系和控制策略非常必要，但是空间飞行器在轨运行过程中直接进行实验时，成本和风险较高。另一方面，随着人工智能技术的发展，空间飞行器的控制决策技术也将进入智能化时代，但目前人工智能技术的研究往往依赖于大量数据集，空间环境的特殊性导致在该环境下数据集的获取难度极大，并且在空间环境中很难直接进行人工智能相关算法的验证。在这种情况下，一套合理的模拟空间飞行器之间的相对运动关系的地面仿真系统对研究空间环境中飞行器的运动及其控制以及研究空间飞行器的人工智能算法有重要的作用。

目前已经存在一些模拟多空间飞行器相互运动的地面仿真系统，如2016 年5月4日公开的中国专利CN105539890A提出了一种模拟空间机械臂捕获目标飞行器的地面三维空间微重力的装置与方法，在该专利中，任务飞行器与目标飞行器安装在两个固定基座的机械臂末端，以模拟微重力环境下任务飞行器的机械臂捕获目标飞行器过程中的运动学。但是这种方式由于固定基座的限制，地面仿真系统往往只能在地面一定范围内对空间中任务飞行器和目标飞行器之间的相对运动的仿真，动作空间较小，只能针对小范围运动进行仿真，很难直接仿真空间中的三维大范围运动。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种空间三维大尺度运动学仿真系统及方法，其能够在有限的地面实验空间中实现大尺度三维空间内的飞行器间的相对运动的模拟，增加仿真系统的灵活性，降低问题的复杂程度，降低整体仿真系统的构建成本。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种空间三维大尺度运动学仿真系统，其包括实验场地、目标飞行器模拟机构、任务飞行器模拟机构；目标飞行器模拟机构包括目标飞行器和第一工业机械臂，第一工业机械臂的基座固定于实验场地上，第一工业机械臂的末端连接于目标飞行器；任务飞行器模拟机构包括任务飞行器、第二工业机械臂和全方位移动平台，第二工业机械臂的基座固定于全方位移动平台上，第二工业机械臂的末端连接于任务飞行器，全方位移动平台设置在实验场地上并能够在实验场地上移动。

在一实施例中，空间三维大尺度运动学仿真系统还包括：定位系统，设置在全方位移动平台上，用于实时获得全方位移动平台相对第一工业机械臂的基座的相对位姿。