[发明专利]针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法

权利要求书

1.一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：对大尺度故障航天器进行结构分析，确定大尺度故障航天器上的安全可抓捕特征集合；

S200：根据超冗余机械臂的数量，从安全可抓捕特征集合中筛选出相应数量的安全可抓捕特征，作为每个超冗余机械臂要实施抓捕的对象；

S300：分配筛选出的安全可抓捕特征，使得筛选出的每个安全可抓捕特征与超冗余机械臂一一对应；

S400：携带超冗余机械臂的航天器接近所对应的安全可抓捕特征，与对应的安全可抓捕特征的轨道运动同步；接着，调整自身姿态，使携带的超冗余机械臂处于易于对安全可抓捕特征实施抓捕的状态；

S500：分别规划每个超冗余机械臂的抓捕路径，实现对所对应的安全可抓捕特征的缠绕式抓捕；

S600：将规划得到的每个超冗余机械臂的抓捕路径合在一起，实现对大尺度故障航天器的协同抓捕。

2.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，所述S200中超冗余机械臂的数量大于3。

3.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，所述超冗余机械臂实施缠绕式抓捕的结构包括发动机喷管的喉部、大尺度故障航天器两侧太阳能帆板与大尺度故障航天器间的连接机构、大尺度故障航天器雷达装置的喉部。

4.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，所述S200中从安全可抓捕特征集中筛选与超冗余机械臂数量相对应的安全可抓捕特征时，选择分散的安全可抓捕特征。

5.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，所述S300中在分配筛选出的安全可抓捕特征时，使得每个筛选出的安全可抓捕特征将与距离它最近的超冗余机械臂进行配对；当距离不同安全可抓捕特征最近的航天器是同一个时，将所有航天器需要的机动距离最小作为目标来分配筛选出的安全可抓捕特征。

6.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，S400中携带超冗余机械臂的航天器是超冗余机械臂的基座，在抓捕过程中的航天器为超冗余机械臂提供所需的驱动力，驱动超冗余机械臂所需的任意形式的运动。

7.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，超冗余机械臂的第一个关节固连在其航天器基座上，超冗余机械臂是由n个完全相同的连杆和n个完全相同的通用关节所组成的长链式结构，其中每个通用关节具有2个正交自由度。

8.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，所述S500在规划每个超冗余机械臂的抓捕路径时采用的是快速搜索随机树算法，即给定超冗余机械臂和所对应的安全可抓捕特征的初始构型，快速地搜索到成功对安全可抓捕特征实施缠绕式抓捕超冗余机械臂构型。

9.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，所述S500中在规划超冗余机械臂抓捕路径的过程中需要考虑超冗余机械臂和大尺度故障航天器不能发生碰撞的安全性约束、超冗余机械臂的关节输入饱和约束以及超冗余机械臂的关节角转动范围约束。

10.根据权利要求1所述的一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，其特征在于，规划超冗余机械臂抓捕路径的过程时，需要实时考虑超冗余机械臂和大尺度故障航天器不能发生碰撞的安全性约束方程(1)、超冗余机械臂的关节输入饱和约束方程(2)以及超冗余机械臂的关节角转动范围约束方程(3)：

||U||≤u_max (2)

θ∈[θ_lower,θ_upper] (3)

其中，C_m和C_i分别是大型故障航天器和第i(i＝1,2,…,m)个安全可抓捕特征对应的航天器的构型空间，当两者构型空间的交集为空时，表示不会发生碰撞；U和u_max分别表示超冗余机械臂实际输出和最大输出；θ表示超冗余机械臂的关节角，θ_lower和θ_upper分别表示超冗余机械臂的关节角的最大值和最小值。